农业非点源污染及其防治技术

农业非点源污染及其防治技术

1.引言

20 世纪70 年代以来，发达国家的污染控制经验表明，随着对工业废水和城市生活污水等点源污染的有效控制，非点源污染尤其是农业生产和生活活动引起的农业非点源污染，已经成为水环境污染的最重要的来源。目前，农业非点源污染问题在全球仍十分严峻。美国的非点源污染占污染总量的2/3，其中农业非点源污染的贡献率为75%左右。而N、P营养元素是农业非点源污染主要的污染物质。在丹麦270 条河流中94%的氯负荷、52%的磷负荷来自于非点源污染；荷兰来自于农业非点源污染的总氮、总磷分别占水环境污染总量的60%、40%。农业非点源污染影响了全球陆地面积的30%～50%。据统计，到2020年，经济合作与发展组织（OECD）国家农业总用水将增长15%，从农业入河的氮和生化需氧量（BOD）将至少增加25%。中国农业非点源污染的局面也非常严峻。据中国农业信息网公布数据核算，中国2005 年使用化肥4766 万t（折纯），按当年农作物播种面积计算，农作物的平均化肥施用量为306.5 kg/hm2，是世界化肥平均用量的3 倍之多。但中国化肥的利用率很低，其中氮肥的利用率为30%～35%，磷肥为10%～20%，钾肥35%～50%。到2005年，东部湖泊的污染负荷输入量中，农业非点源污染负荷入湖量已超过50%；大理洱海流域非点源氮、磷污染负荷分别占流域污染负荷的97.1%和92.5%；滇池外海流域的污染负荷中，来自农业非点源污染的总氮、总磷和化学需氧量分别占污染总负荷的60%～70%、50%～60%和30%～40%。农田过量使用化肥是造成非点源污染的主要原因。世界银行的报道指出，中国地下水有将近50%被农业非点源污染。此外，中国受农业非点源污染影响的耕地面积已近2000 万hm2。至2005 年，农业非点源污染已占中国全部污染的1/3，并有继续恶化的趋势。因此，加强对农业非点源污染防治技术的研究已迫在眉睫。世界各国已经逐渐意识到农业非点源污染的严重性和形式的紧迫性，纷纷开展农业非点源污染防治的研究，并在防治技术和管理政策方面取得了一定的成效。

2.农业非点源污染产生的原因

农业非点源污染的概念是与点源污染相对的，是指溶解性的或非溶解性的污染物从非特定的地域，在降水和径流作用的冲刷下，通过径流过程汇入受纳水体而引起的污染。

导致农业非点源污染的直接原因可以归纳为以下几类：①农业化肥、农药的过量、不合理施用，科学利用率低，导致土壤板结、营养元素淋溶和径流损失增大。②流域环境地表侵蚀引起的水土流失和径流污染。其中，土壤侵蚀是规模最大、危害程度最严重的一种农业非点源污染。③畜禽粪便、剩余饵料等导致的养殖污染。④农村生活污水未处理和非达标排放向非点源转化（如洗涤剂的大量使用）。⑤农膜等农业生产残留物和农村生活垃圾（垃圾堆放、雨水冲淋、秸秆焚烧）处理不当。⑥过度灌溉。⑦流域土地利用结构和土地利用类型（如农业用地、城镇用地、河湖水体、森利用地、道路用地、以及滩涂荒地等）不合理。农业非点源污染主要由降雨径流、土壤侵蚀、地表溶质溶出和土壤溶质渗漏

4个过程形成，它们之间相互联系、相互作用，导致了农业非点源污染广泛性、模糊性、潜伏性、隐蔽性、难治理的特点。

此外，环境物品的公共物品属性、公共物品产权不明晰、环境效益在社会发展进程中一度被忽视等经济、社会因素也在农业非点源污染情况恶化的原因之列。

3.农业非点源污染防治技术

3.1.农业非点源污染防治的单一技术

3.1.1.科学施肥、施药技术

农业生产过程中，化肥、农药等农业投入品的过量、不当施用是农业非点源污染的主要来源，其通过淋溶、渗漏作用对土壤、水体造成巨大危害，直接威胁到人类和其他生物的健康。合理施用化肥可以有效地减少污染来源。氮磷钾肥混施可以减少营养元素的渗漏损失量；配施有机肥可以有效降低营养元素的淋失，减少元素从土壤中渗漏损失的数量；有机肥经过氧化分解处理后也可以降低营养元素的淋失率，因此，施用有机肥能明显提高土壤有机质的含量，并随施用量的增加而呈上升的趋势。因而，科学施肥提倡有机、无机肥料配合施用。农药的化学特性是影响农药渗漏的最重要的因素，在生产中应尽量选用被土壤吸附力强、降解快、半衰期短的农药，减少对土壤和地下水的污染风险。在农药施用时应尽量减少直接施到土壤表面。在解决过量施肥导致的污染威胁方面，测土施肥、变量施肥、配方施肥等技术的研究已较为成熟，实现了因地制宜地根据每个网格的农田土壤特征和农作物生长状况进行施肥用药，包括施肥的时间、方式、肥料的种类、施肥比例等都实现精细操作。

基于“源头治理”的思想，环境友好的、符合现代生态要求的微生物农药、无毒、低毒、低残留农药的开发研制已成为当前国内外研究的热点。目前，国际市场已有30 种商品微生物农药，且相关研究还在继续。

此外，膜控制释放技术（MCR）是科学施肥技术研究中的新方向。MCR技术是指在膜的作用下，在规定的时间间隔和指定的局部区域按一定的速度释放活性物质（如药物、肥料、香料等）的技术。该技术既支持规定剂量的化肥和农药在指定区域的快速释放，也可以通过膜扩散速度控制有效成分逐渐释放。它实际上是一种控制非点源排放的方法。该技术起步较晚，但进展较快。

MCR技术应用于化肥的方式有聚合物包膜、无机物包膜、肥料包肥料；应用于农药的方式有微胶囊、塑料层压、吸收混合、种子包衣、高分子载体等。

硝化抑制剂是目前国际上正在热切关注的一项研究。硝化抑制剂可以抑制土

壤NH+

4-N向NO-

3

-N氧化，减少土壤NO-

3

-N累积，从而减少氮肥以NO-

3

-N形式淋溶损失，

提高氮肥的利用率，缓解氮肥流失对土壤、水体造成的污染。硝化抑制剂在美国、日本等国已得到推广，但在大多数国家还处在试验阶段。

3.1.2.缓冲带防治技术

缓冲带，全称保护缓冲带（Conservation buffer strips），是指利用永久性植被拦截污染物或有害物质的条带状、受保护的土地。缓冲带能有效过滤从农田流失的沉积物、营养物质和杀虫剂，能够通过泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收等作用对地表径流起到阻滞作用，调节入河洪峰流量，同时有效减少地表和地下径流中固体颗粒的养分含量，对农业非点源污染的扩散起到缓冲和调节的作用。缓冲带在控制非点源污染的同时，还可以增加生物多样性和植被覆盖率，提高邻近水域溶解氧含量，从而改善区域环境。

缓冲带可分为缓冲湿地、缓冲林带和缓冲草地带。缓冲带的防污治污效果取决于其规模、位置、植被、水文条件和土壤类型等因素，因此，在缓冲带的设计中应综合考虑这些因素。此外，缓冲带成熟后才能发挥营养物运移功能，从种植到成熟的时间间隔问题也不容忽视。国外在非点源污染治理中将缓冲湿地、缓冲林带和缓冲草地带有机结合起来，以增强防治效果。

3.1.3.农业污染处理和防治技术

现已展开研究和投入应用的农业污染处理和防治技术包括村镇生活污水及农田排灌水氮磷污染控制技术（如筑建截污沟和泄洪沟，运用土壤-植物-微生物系统，综合处理污水）；暴雨径流、农村固体废物无害化处理技术（如用建“三位一体”农村户用沼气池的方法处理

粪便，在农村建垃圾收集坑、生物净化厕所等）；农业废弃物的资源化技术（如秸秆还田技术、利用畜禽粪便生产沼气等）；快速修复技术；生物篱等地表径流及渗漏的生态拦截技术等。为了减少农用地膜的污染，可借鉴美国的先进技术和经验，推广玉米淀粉膜进行覆盖，进而通过技术引领，从源头上防治农业非点源污染。

3.1.

4.发展生态农业

发展生态农业的核心是在满足现代社会高产出、高效益的基础上，强化复合生态系统的内循环，即加强人与土地利用相互循环，辅以必要的催化增强物质，尽量减少产出后向环境的排放。基于生态农业的社会效益和环境效益，其相关措施在美国等发达国家已广泛使用。如秸秆收割时碎断后覆盖还田，或编织草绳网覆盖在土壤表层，以保持水土、减少污染。国内学者以循环经济理论为指导，对生物物种共生型、综合开发复合型等多种生态农业系统进行了研究，并提出具有农业经济和生态环境效益“双赢”的稻-鱼-萍、禽-鱼-蚌、桑-蚕-鱼等模式，将农业生产过程中产生的非点源污染最大限度的在生产系统内部转化和消化，降低对外界环境造成的负面影响。