我国农业面源污染的控制与管理研究

陈 杰，雍 毅，叶 宏，郭卫广，刘 静

(四川省环境保护科学研究院，成都 610041)

1 引言

水体的污染源可划分为点源、面源 (非点源)和内源。面源污染的来源比较广泛，其中来自农业的污染最为突出。

农业面源污染主要包括在农业生产活动中，氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质，通过农田的地表径流和农田渗漏，形成的水环境污染，主要包括化肥污染、农药污染、集约化养殖场污染等。其以发生区域的随机性、排放途径及排放污染物的不确定性及污染负荷空间分布的差异为主要特征，已成为影响我国农村生态环境的主要因素。

在中国，水体污染严重的流域，农田，农村畜禽养殖和城乡结合部的生活排污是造成水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献率大大超过来自城市生活污水的点源污染和工业的点源污染［1］。

2 中国农业面源污染的现状

上个世纪70年代以来，我国水环境形势日益严峻，各大湖泊和重要水域水质急剧恶化，主要污染物排放量远远超过环境容量，氮、磷等严重超标，水体富营养化严重。我国自1975年以来，国家和企业投资了数百亿元资金进行点源污染治理，但对湖泊水体富营养化状况的改变收效却并不明显，并且富营养化的形势还在日益严重，原因之一就是农业面源污染的治理没有及时跟上［2］。

2013中国环境状况公报数据显示:我国地表水总体为轻度污染，部分城市河段污染较重。我国长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西北诸河和西南诸河等十大流域的国控断面中，劣V类水质断面比例为9.0%，基本丧失使用功能。国控重点湖泊 (水库)中，水质为重度污染的多达7个，占11.5%，主要污染指标是总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数［3］。

据第一次全国污染源普查公报，全国农业污染源的化学需氧量、总氮和总磷，分别占全国总量的43.71%，57.19%和 67.27%［4］。这意味着，只有对农业面源污染进行有效防止，才可能解决我国的水污染问题。

3 农业面源污染的成因

环境生态和社会经济两方面的原因导致了农业面源污染的形成。形成农业面源污染的原因可以归纳为以下几个方面:

3.1 土壤侵蚀

土壤侵蚀农业面源污染的一种，它规模大，危害严重。土壤侵蚀不仅会导致土壤表层有机质的损失，还会导致多种有机物进入水体，形成面源污染，其对水质产生的影响主要通过径流流失和因降水或浇灌所引起淋溶的途径实现。据估计，自人类从事农业生产活动以来，土壤侵蚀已经导致全球约43亿hm2土地被遗弃。在美国，土壤侵蚀所引起的水质污染已造成22亿～70亿美元的经济损失［5］。而在我国，根据《2013中国环境状况公报》，全国年内净减少耕地面积8.02万hm2，全国土壤侵蚀总面积达2.95亿 hm2，占国土面积的30.7%［3］。

3.2 农业化肥、农药施用不合理

许多研究表明，化肥和农药的不合理施用是造成水体污染和富营养化的最主要来源。农药和化肥为我国粮食产量带来巨大增产的同时，会导致植物体内毒素残留过高，影响食品安全，同时会污染大气环境和水环境，造成严重的面源污染。

中国大规模使用化肥从上世纪60年代开始。目前占世界耕地面积不到10%的中国，化肥年总使用量已达4000万t以上，占世界1/3，按播种面积计算达400kg/hm2，远远超过发达国家为防止化肥水体污染设置的225kg/hm2安全阀上限。

目前，我国农药可生产品种已达500种以上，常年生产350～400种，加工制剂产品3000多个，剂型几十种，原药生产能力200万t/年以上。据国家统计局统计，2013年1月～6月国内农药产量达到163.50万t，同比增长4.90% 我国每年使用的杀虫剂其中仅有1%作用于靶标，30%残留于植物，其余的分别进入土壤和包括地下水在内的江河湖海等水系［6］。

3.3 畜禽粪尿污染

在我国农村地区，由于畜禽业的快速发展和人口的增加，以及缺乏排污管道和污水集中处理系统，大部分畜禽粪尿直接进入附近水环境，严重影响了地下水和地表水的水质，直接威胁人体健康。我国畜禽养殖业自上个世纪60年代以来发展势头迅猛，畜禽存栏量每10年增加1～2倍。根据畜禽粪便排泄系数计算可知，2010年我国畜禽粪便产生量约为31.86亿吨，而当年的全国工业固体废物产生量约为24.09亿吨，畜禽粪便产生量是工业固体废物产生量的1.32倍。

3.4 农村生活污水和固体废弃物垃圾

目前，我国大部分农村地区均没有实现生活污水的集中收集处理及垃圾收运系统的全面覆盖，这使得生活污水和垃圾随意排放、堆置的现象较普遍。一些经济相对发达的农村地区，随着经济发展水平的提高，秸秆这一可利用资源成为废弃物，大多数被焚烧或丢弃到水体中，从而造成大气及水体的污染。以四川省思蒙河流域东坡区段为例，流域内每年废水排放达891.71万吨/年，COD排放量7058.89约为吨/年，氨氮排放量约为1069.11吨/年，固体废弃物约为5140万吨/年，而目前农村缺乏固体废弃物和废水的处理设施，部分会排入河道，进入水环境，从而污染水体。

3.5 大气干湿沉降

大气沉降包括干沉降和湿沉降，大气气团及颗粒物直接迁移到地表的形式为干沉降，大气中物质通过降水的形式迁移到地表为湿沉降。大气沉降过程对环境与水体的影响起步于酸雨的研究。

酸雨形成的污染已经成为世界上公认的环境灾害之一，不仅对建筑物和植被造成直接的破坏，还会对土壤和水体形成污染。干沉降对湖泊传输的污染物往往被人们所忽视，而事实上其污染物传输远比一个主要公路径流传输的污染物多，而且可通过远距离输送进入森林累积，使不受干扰的森林汇水区污染物输出逐年增加。由于技术上的难度，对污染物的迁移转化研究多为化学耗氧量 (CODcr)、总氮 (TN)、总磷 (TP)等，而对聚氯联苯在空中、地表的迁移转化研究较少。

3.6 航运污染

航运污染是指船舶废油、船尾固体垃圾和生活废水直接排入水体产生的污染。船舶营运中排放的烟尘、氮氧化物、硫氧化物等，操作性溢油及事故性排放的油污染以及船员、旅客生活污水的排放，导致我国流域水质严重污染。据估计，长江航运的船舶每年舱底水产生污油约6万吨，因事故一次性排放油类最高的可达数千吨。常年居住在长江船舶上的达数十万人，其生活污水的产生量相当于一个中等城市，垃圾每年产生量达12万多吨［7］。

4 农业面源污染的影响因素

农业面源污染的影响因素很多，比如地表径流、大气干湿沉降、土壤侵蚀与流失、地形地貌、土壤植被、农田化肥和农药施用、农村家畜粪便及垃圾、农田污水灌溉等等。其中，土地利用方式、农事活动和田间管理、牲畜粪便污染与垃圾和社会经济因素等是可以通过人类的生产、生活进行改变的。

4.1 土地利用方式

土地利用方式是影响面源污染的重要因素之一［8］。不恰当的土地利用方式会导致土壤被侵蚀以及过量的N、P随地表径流流失，从而形成面源污染［9］。根据土地利用类型的不同 (如菜地，水稻田，小麦地等)，地表径流污染的特征也不同。

4.2 农业活动和田间管理

农业活动和田间管理主要从农户行为角度对面源污染造成影响，包括化肥和农药的施用、合理的耕作及灌溉等等。

农民使用的化肥和农药是造成水体污染及富营养化的主要原因。长期过量的施用化肥和农药必定会导致土壤、水体甚至是农产品的污染。据相关研究报道:施用的肥料的损失量与施用量呈较好的线性相关性，合理的氮肥使用量会减少氮的面源污染［10］。

保护性耕作措施包括免耕、少耕及间套复种技术等。免耕、少耕法可大大减少土壤侵蝕和土壤有机碳的流失，亦相应的减少了氮和磷的流失量［11］。污水灌溉是利用土壤对污染物的净化作用和农作物对营养元素的吸收作用来净化污水，但如果灌溉量过大或时间不当，同样会导致土壤和地表水及地下水体污染。过量的灌溉水还容易引起肥料的淋洗损失［12］。

4.3 畜禽粪便及垃圾污染

目前，我国农村畜禽粪便直接排放的现象仍较为突出，仅有少部分作为肥料通过农田再利用，部分农村的生活垃圾堆存也较为普遍，这会导致污染物进入水体，尤其是在降雨季节，随着地表径流进入水体形成大面积的污染。相关研究的结果表明［13］，畜禽粪尿污染、乡镇生活污染和地表径流污染是制约农业和环境可持续发展的3大关键污染因子。近年我国利用牛、猪、家禽的粪便生产有机肥的比率分别仅为44%、43%和10%，这不仅是对资源的浪费，更是对环境的严重污染。

此外，很多地区畜禽养殖发展速度很快，但缺乏相应的污水处理系统，导致很多畜禽粪污直接排入水体造成水体污染，或过量的浇入农田，使农田的有机养分负荷超标，从过滤净化污染物转为释放污染物。

4.4 社会经济因素

经济水平在人的生产生活方式中起了主导作用，社会经济因素会通过人为活动影响，影响土地利用方式、农业生产方式及管理水平、农村庭院养殖集中程度和规模、居民环境保护意识等［14］。此外，农村人口现状及增长速度也会直接影响耕地利用方式及利用程度、农业面源污染物的产生总量［15］。

5 农业面源污染的控制和管理措施

5.1 技术措施

我国对面源污染控制的研究始于80年代，通过开展的河流、湖泊、水库富营养化调查和水质规划研究发现，地面水富营养化已十分普遍，进一步研究证实，由面源污染引起的水体富营养化的N、P营养元素的污染负荷高于由点源污染引起的污染负荷［16］。

科研人员经过多年的研究，在控制面源污染技术方面取得了较多的成果，这些技术措施主要包括:

(1)测土配方施肥技术

测土配方施肥技术是指通过土壤养分的基础调查，确定不同土壤的具体适宜施肥量和施肥方式。通过对研究不同地区，不同作物和不同生长时期的养分需求，确定养分施加的合理比例，不同种类肥料的综合应用技术等，从而达到减少肥料的用量，提高养分的利用率的目的。目前，测土配方施肥技术己在全国推广使用，效果良好。

(2)生态拦截技术

生态拦截是指采用生物技术、工程技术或手段对农田径流中的N、P等物质进行拦截、吸附、沉积、转化或吸收利用，从而对农田流失的养分进行有效的拦截，实现养分再利用，减少水体污染物质。生态拦截技术包括生态田埂技术、生态沟渠技术、旱地系统的生态隔离带技术以及生态型湿地处理技术等［17］。目前，国内很多地方均采用了生态拦截技术，技术较为成熟的湿地生态工程。

(3)畜禽污染控制技术

随着畜禽养殖业的快速发展，畜禽粪污排放量急剧增加。对于畜禽粪便的处理，更多地采用生物学及生态学方法，开发畜禽养殖粪污资源化利用技术、复合生态工程技术等，例如:粪便饲料化技术、粪便肥料化技术，粪便能源化技术等等。通过尽可能地利用粪污中的养分和能源物质，减少或消除畜禽养殖对环境的污染。

(4)农业废弃物处理技术

农业废弃物是指人们在农业生产和生活中产生的副产品，数量大，分布广，既是宝贵的资源，又是农村环境污染的主要来源之一。

我国农业废弃物处理主要有材料化、基质化、能源化、肥料化、饲料化和生态化等方式。以秸秆为例，可以将秸秆直接还田、过腹还田、堆沤还田，也可以将秸秆气化、或用于产沼气，也可以将其生物质成型，用作燃料等等［18］。

(5)3S技术在农业面源污染控制中的应用

3S技术，即地理信息系统 (GIS)、遥感(RS)、全球定位系统 (GPS)的统称，是最近20年快速发展起来的一组高新技术。GIS的空间信息管理的综合分析能力、RS的空间动态监测能力及GPS的高精度定位能力，为解决面源污染的测量问题奠定了良好的技术基础。同时也为及时掌握重点区域的环境质量现状并进行动态评价提供一种新的技术手段。

国际上关于“3S”的研究和应用已经走向集成化，是环境领域的重要研究发展方向之一［19］。“3S”整体集成技术也将是面源污染防治研究中的主要研究手段之一，而“3S”自身的融合技术仍将是当前和今后研究的重点。基于“3S”技术整体集成的，具有各种信息显示、查询、分析、表达以及在线监测、模拟和预测预报等基本功能的面源污染信息系统将是今后努力的方向，并有望使得农业面源污染的研究取得巨大进展。

5.2 法律措施

我国《水污染防治法》于1996年修订时关注到了面源污染的问题，尤其是农村的面源污染。2008年修订《水污染防治法》时，特别强调对农业生产污染物的控制，设农业和农村水污染防治专章对农业面源污染防治作出了详细的规定。

《农业法》第58、65条分别规定了耕地保养，化肥、农药农用薄膜合理使用，增施有机肥料;粪便废水及其他废弃物无害化处理或者综合利用，合理投饵、施肥、使用药物等内容。

《固体废物污染防治法》第19条规定使用农用薄膜的单位和个人，应当采取回收利用等措施，防止或者减少农用薄膜对环境的污染;第20条规定从事畜禽规模养殖应当按照国家有关规定收集贮存利用或者处置养殖过程中产生的畜禽粪便，防止污染环境。

近年来，农村畜禽养殖造成的污染已引起人们的关注，环保部发布的《畜禽养殖污染防治技术规范》和《畜禽养殖污染物排放标准》是我国在面源污染管理方面的重要举措，同时，湖南、湖北、山东、山西、广州等各地的地方性农业保护条例也在不断出台。我国的畜禽养殖污染法律法规正在不断完善。

5.3 经济措施

随着经济的快速发展和人们生活水平的迅速提高，一些经济发达地区已经逐渐意识到防治农业面源污染的重要性。因而，地方上出台一些扶持政策，从源头和末端两方面出发防治面源污染。

以四川省为例，为了应对农业面源污染，四川省拟采取以下措施:

(1)建立农村面源污染防治财政专项，完善政府、企业、农户三位一体的投资渠道;

(2)建立农村污染排放收费补偿机制，支持污染少、效益高的农业产业发展;

(3)加强与国家环保部的协调，力争将沱江、涪江列入国家水污染专项重点治理区域。

此外，四川省积极开展农村环境综合整治，实行“以奖促治”。从2012年开始，四川省落实中央提出的“中央农村环境连片整治示范省建设”任务，申请中央投入四川省8亿元资金，按中央要求四川应配套4亿元，而四川实际预算连片整治配套达9亿元以上。结合农村环境连片整治，四川省针对农村面源污染对农村饮用水水源地保护，农村生活污水及垃圾处理和畜牧养殖污染治理都实行了“以奖促治”方针，这不仅提高了效率，还有利于农村环境管理和污染治理，改善农村环境。

6 结语

目前，农村面源污染已成为全球性的污染问题，该领域的相关研究也是国内外研究的热点和重点。我国农业面源污染控制涉及的范围广，污染物种类多，排放量大，而相关领域的基础条件和技术、设施普遍较为落后，农户的环境保护意识有待进一步提高，污染控制和治理的资金投入不够，基层政府监管和指导力度相对较小导致这一问题难以得到根本性的解决。因此，针对各地的具体情况，分析其成因和影响因素，因地制宜的提出和实施相关控制和管理对策，是我国治理农村面源污染的切实可行的方向。

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