农业面源污染的现状及处理方法

农业面源污染的现状及处理方法

农业面源污染的现状及处理方法

1农田尾水

1.1农田退水的现状

世界人口的快速增长，导致人们对粮食的刚性需求与日俱增。通过多施化肥来提高产量和收益已成为绝大多数农民的定式思维和习惯。为了提高粮食单产，化肥、农药施用量逐年增加，但利用率却较低，未被利用的化肥和农药随地表径流、农田排水等流入地表水环境引起面源污染问题。较之工业源污染实施清洁生产得到有效治理，过量施肥导致的农田面源污染已成为水体污染最大的污染源，农业面源污染不仅影响水体质量，而且也阻碍农业持续、健康地发展，成为社会经济发展需要解决的热点和难点问题。

面源污染与点源污染是相对的。农业面源污染是指在农业生产过程中所产生

的溶解性或非溶解性的污染物，如泥沙、化肥、农药等，在降水或灌溉过程中，通过地表径流、农田排水等方式流入受纳水体而造成的面源污染。氮、磷是农业面源污染引起水体富营养化的主要限制性因子。据美国环保局调查，农业面源污染是导致美国40%的河流和湖泊水质不合格的主要污染源。在瑞典，农业源占流域中氮的来源的60%~87%。在荷兰，农业面源污染的总氮、总磷分别占流域污染总量的60%和40%~50%。相比之下，我国作为化肥的生产和应用大国，氮肥的使用居世界之首，农业面源污染问题亦不容乐观。据估计，在我国水体污染中，来自农业源的氮占到了水体污染的81%，磷占到93%。而农田生产中，又以水稻生产中不合理田间肥水管理方式导致的营养流失较大，其中氮肥的损失达30%~70%。我国水稻种植面积占总耕地面积的26.18%，种植区域广泛；而大面积的水稻种植区主要分布在秦岭黄河以南，占到70.19%。因此，由稻田直渗、侧渗、地表径流（含人工排水）等方式所带来的水体污染不可忽视。有研究表明，南方太湖流域稻季氮素环境排放总量与施氮量之间呈显著正相关，约占总施氮量的30%，其中径流和渗漏分别占到排放总量的25%和18%。而宁夏引黄灌区作为我国西北内陆大型人工灌区，有大小排水沟200 多条，水

稻生产上的大水大肥方式导致氮肥随农田沟渠退水流失进入黄河达到20%~65%；灌溉期排水沟水质总体为重度污染，劣吁类水质占70.0%。

1.2农田尾水的特点

农村面源污染具有排放年内变化量较大、路径随机、排放区域广泛等特征，同时，其产流、汇流具有较大的空间异质性，对区域内河道、水塘等水体的水环境质量影响较为严重，以太湖流域的直湖港为例，2007年全年水体中的总氮（TN）和总磷（TP）浓度分别平均高达8.98 mg·L-1和0.35 mg·L-1，其主要支流的龙延河近直湖港段，2009 年下半年至2010 年上半年分别平均达7.57 mg·L-1和0.28 mg·L-1。据统计，农村面源污染是造成直湖港流域水质恶化的主要因素，其中的总氮和总磷排放量分别占到总排放量的56.8%和65.6%。同时由于不合理的开发利用等原因，造成水系堵塞、淤积，更加剧了水体水质的恶化。

农田退水中氮和磷元素含量较高，是导致接受其水体富营养化的主要因素之

一。农田退水的氮、磷污染特征主要表现在4个方面：一是农田沟渠退水氮、磷污染发生与水稻整个生长季同步，且与田间施肥和灌溉时间保持高度一致。二是农田退水中氮、磷浓度指标不同程度地超过了地表水环境质量标准，达到中度污染、甚至重度污染水质标准。三是农田沟渠退水中氮、磷输出主要形态是氨氮、硝氮和可溶性磷酸盐；灌溉和降雨时，农田沟渠退水中氮、磷迁移转化规律相似，氨氮、总氮、可溶性磷和总磷均沿程和随时间呈指数递减变化，硝态氮呈二次多项式曲线变化。四是绝大多数农田退水并没有因其富集氮、磷养分回灌农田，而是自由排放流入地势低洼或下游的池塘、湖泊或河流，成为下游水体的污染源。农田退水中的氮、磷是湖泊、河流水质退化的主要贡献者。

设施，如透水坝、拦截坝等，对沟渠水体中氮、磷等污染物质进行拦截和吸附，其中包括沟渠基质吸附、植物吸收、底泥吸附，以及沟渠辅助物所产生的减缓流速和沉降泥沙等，从而达到净化水质的目的。植物是生态拦截沟渠塘的重要组成部分，可通过人工种植和自然演替的方式形成。因此，植物的筛选成为生态沟渠构建中最重要的环节，应筛选根系发达、净化效果好、生长适应能力强、无休眠或短休眠期、经济价值与景观效果好的植物，其目的在于增加生物多样性，适应本地环境，延长使用寿命，提高脱氮除磷的效果。

生态沟渠的显著优点是农田退水在排水过程中得到一定程度的净化，为后续的人工湿地系统减轻了处理负荷，有效的提高了处理效果。在工程中还可以充分利用现有的部分农田土质排水沟渠，引入生态护坡和水生植物，实现改造，可以节省部分资金。其缺点是由于排水在其中的流速较缓，因此其占地面积较硬质排水沟渠大，受地区气候条件的限制，春夏时节需要种植植物，秋冬季节需要对植物进行收割处置。

2.2生态浮床技术

生态浮床技术是运用无土栽培的原理，采用现代农艺和生态工程措施，将陆生或水生植物移栽到水面的一种水体污染治理技术，其原理是通过植物吸收、吸附、微生物降解等作用，达到净化水质的目的。该技术具有投资少、见效快、管理方便等优点，是一种行之有效的水体原位生态修复技术，广泛应用于富营养化的河道、水塘、湖泊等水体。生态浮床技术不仅能降低污染物浓度，同时也对浮游植物群落产生积极影响，研究表明3种生态浮床覆盖率下水体中的浮游植物群落结构复杂性和生物多样性指数均显著高于空白对照组，其中，26%覆盖率比39%覆盖率水体中的浮游植物生物多样性指数要高，群落结构更复杂，随后是13%覆盖率处理。

传统的生态浮床技术除注重净化效率外，更多考虑景观需求，投入成本无法得到补偿，因此，结合农业生产的实际需要，栽培适宜的经济作物，不仅可以实现对水质的改善，同时还可以通过收获水稻，产生一定的经济效益，补偿了一部分污染治理的投资成本。因此，在对农村面源污染及农业生产现状进行调查的基础上，采用当地能产生经济效益的植物构建生态浮床，改善水体水质、修复水体生态，达到因地制宜、节省投资的目的。

需要说明的是，生态浮床只能作为农村水环境生态修复中的一种“强化”技术，可以在短期内实现改善水质的修复目的，但并不是永久性的技术手段，而要持续稳定水质、促进水生态系统的良性发展，则需要利用构建长效的技术体系。

2.3生态滤池技术

生态滤池（MEEF）是利用水生微生物和人工填料上的生物膜形成的模仿自然生态系统来进行污水净化的一种水处理技术，污水中的颗粒物主要通过人工填料进行过滤，生物膜与微生物主要负责污水中的可溶性污染物。这种生态滤池污水处理技术实际上是模仿天然的生态系统，利用各种生态关系来进行水中污染物的处理和净化，是一个半自然生态系统。作为农田尾水处理终端，生态滤池的渗滤介质可以对尾水进流产生滞流作用，为随后的水分蒸腾提供时间，平均可减少33%的径流量，其截流作用对于水量控制的贡献最为突出。在生态滤池中，植被对于保持水流容量起到重要作用，因为作物根系的生长和衰老可用于对抗渗滤系统介质的压缩与堵塞，绝大部分悬浮固体和重金属污染物可以被有效去除。相对而言，N和P的去除随着生生态滤池设计结构的变化差异较大，现阶段研究也着重对有利于去除N、P污染的系统重构进行。在Bratieres 等人的研究中，上覆植被种类、渗透深度、渗透介质、渗透面积、进流污染浓