农业面源污染控制工程的“减源-拦截-修复”(3R)理论与实践

据《农业工程学报》2011年5月报道，农业面源污染问题日益突出，在一定程度上已经严重影响到我国生态环境健康、良性发展，甚至在一定程度上制约了我国经济社会的可持续发展。我国学者基于我国的经济发展模式，提出了农业面源污染控制的策略性理论——“减源-拦截-修复”理论（简称3R理论），该理论的提出，将扭转世界上至今无农业面源污染控制工程策略性指导理论的局面。

此研究报告刊登于《农业工程学报》2011年第5期，题为“农业面源污染控制工程的“减源-拦截-修复”（3R）理论与实践”，第一作者为中国科学院南京土壤研究所吴永红博士，通信作者为杨林章研究员。该研究为国家自然科学基金重点项目和国家“863”项目。

20世纪50年代开始的农业“绿色革命”，通过增加化肥、杀虫剂和除草剂的投入有效地增加了粮食的产量，但是，这种高投入的农业也对环境产生了一些负面的影响，例如进入水体和土壤的污染物增加。与此同时，城镇化的发展、人口的积聚和固体废弃物等管理落后，以及水冲厕所的普及，也造成了散排污水的增多，这种分散式污水最终也进入了土壤和水体，从而引起水体的富营养化、蓝藻“水华”等生态危害。

当前，虽然国内外开展了很多农业面源污染控制工程的研究，例如缓冲带的构建、化肥管理等，这些农业面源污染控制工程也取得了一定的成效。但是，不少农业面源污染控制工程还停留在“就事论事”的技术层面上，缺乏系统性和全面性，难以实现长期的有效控制。另外一个问题就是，这些建设的农业面源控制工程，很多时候结构单薄、体系单一、主次矛盾不分，造成控制效率不稳定、运行成本偏高等现象。针对这些现象，结合30多年的研究积累和实践，提出了用于指导农业面源污染控制工程建设的3R理论。

3R理论（减源-拦截-修复），即在农业面源污染控制工程建设过程中，以实现农业环境保护、农业经济可持续发展以及农业人居环境和意识形态相和谐发展为目标，从源头减少污染物质的输入，在污染物迁移过程中，利用生态工程措施削减污染物质浓度，然后利用生态修复技术，重建整体农业生态系统。

通俗地说，“减源”就是通过技术措施，在保证农业产量不减少的情况下，减少化肥施用量，减少农村生活污水向农田排放，减少农业固体废弃物乱堆放等等

“拦截”就是利用生态工程措施，如土地处理系统、人工湿地、生态沟渠、复合生物反应器等，在农村农田的沟、渠、塘等集水区净化污水，或者利用土壤改良剂，将过量的氮磷等养分固定在土壤中，使其不能向水体流动。

“修复”就是通过种植一些大型的水生植物、陆生植物，恢复水体和陆地的植被，营造出一种可以为其它动植物生存的环境，包括提供一个完整的食物链，使得所有的动植物在这个系统内可以很好的生存。

“减源”、“拦截”、“修复”三者的关系式阶梯式的，只有当前一步骤顺利实施后，后续的工程措施才能有效实施并达到预期目标。

3R的高级形式是4R，即在“减源-拦截-修复”的基础上，增加一个“再利用”，就是将农业生态系统中产生的废弃物当成资源再次利用。比如，将秸秆还田，农业固体废弃物生产有机-无机复合肥等。

为了更好的说明3R理论的指导效果，过去几年分别在太湖和滇池流域的典型农区开展了工程示范研究。

以太湖流域宜兴市大浦镇（20平方千米）的水网区为研究对象，以“减源、拦截、修复”为示范工程建设的理论依据，开展了为期3年的示范研究。结果显示，入湖河口控制断面与河网生态修复区的水质比示范工程建设前提高一个标准等级。原本退化的生態功能正在好转，如水生生态系统的污水净化能力提高。并且整个生态系统尤其是水生生态系统由过去单一的物种转变成了多种植被群落，如芦苇、茭白、菖蒲、黑藻等，河道和河口水质明显变清（冬季大部分河流水质清澈见底），为水生生物的栖息创建了良好的环境，出现了多种有益浮游动物。说明示范区生态系统状态已经基本好转，生态系统正处于向良性、健康的状态发展。

滇池流域的金家村（约0.7平方千米）是一个高度集约化的农业区。90%以上耕地种韭菜，施肥量是国内平均施肥量的2~3倍。基于3R理论的示范工程建设运行后，在考虑土壤养分释放和施肥量减少的情况下，每天向下游水体少排放磷2.9 公斤，氮29.7公斤。农业生态系统的作物结构也发生了变化，由单一的韭菜种植扩展到了韭菜、玉米和鲜花以及一些家常的蔬菜。尤为重要的是，在生态沟渠的末端发现了四种新的底栖动物。说明按照3R理论指导的示范工程实施后，农业生态系统正在向健康方向发展。

国内外已有研究发现，农业面源污染正在成为地表水体污染的主要贡献者。控制农业面源污染，尤其是控制过量氮、磷养分向水体迁移，不但可以保护土壤资源，还能降低下游水体富营养化甚至有害藻类“水华”风险。3R理论的提出，为我国以及类似经济发展模式的地区的农业面源污染控制发挥出重要的指导作用，为全面、协调、可持续的社会、经济、环境发展提供技术战略保障。