我国农业固体废弃物带来的危害与防治对策

吴大付,任秀娟,马学军,朱磊,黄中文

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.新乡市牧野区农业技术推广站,河南新乡453003；3.安阳市农业局植保植检站,河南安阳455000）

我国农业固体废弃物带来的危害与防治对策

吴大付1,任秀娟1,马学军2,朱磊3,黄中文1

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.新乡市牧野区农业技术推广站,河南新乡453003；3.安阳市农业局植保植检站,河南安阳455000）

目前农业大量的废弃物未能得到合理利用,使得我国宝贵的农业资源成为农业面源污染,加上化肥的大量甚至超量使用,造成水体硝酸盐污染和水体富营养化,并导致蔬菜等农产品中硝酸盐积累,给人民生活和健康带来一定的威胁.针对农业废弃物带来的种种弊端,必须合理综合利用农业废弃物,转变农业生产方式,从无机农业向有机农业和生态农业转变,才能实现不以牺牲农业和粮食、生态和环境为代价,确保我国农业持续生产力,保障我国粮食安全.

农业；固体废弃物；危害；防治；对策

农业固体废弃物是农业生产、畜禽养殖和农副产品加工以及农村居民生活活动排出的废物,主要包括农田和果园残留物、畜禽粪便和栏圈垫物、农副产品加工后的剩余物和农村居民生活废弃物,包括人粪尿和生活垃圾.这些废弃物不仅碳、氢和氧含量高达65%～90%,而且还含有丰富的氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种营养元素以及微量元素.近20 a来,随着大量的青壮年农民工进城,有机肥也逐渐从中国农业生产中淡出,造成中国粮食生产大量地使用化肥,形成化肥依赖症；而大量的秸秆和畜禽粪便到处堆积,既造成资源的浪费,又污染环境.因此,重视农业废弃物的综合利用,才能促进我国农业的持续发展.

1 我国农业废弃物总量估计

1.1 农作物秸秆总量及其氮磷钾量的估算

自2004年以来,我国粮食“十连增”,粮食总量超过了5亿t.粮食作物收获指数约为50%,即每生产1 t粮食就要生产1 t秸秆.如果考虑到花生等经济作物,其农作物秸秆量更多.稻谷中稻壳的质量约占25%,每年可提供1亿t.全世界花生每年的产量约1 000万t,而花生壳的质量约占45%.一般说来,任何干的农产品中25%的物质是废弃物.我国农作物秸秆量是十分可观的,秸秆总量达6亿多t.据此可推算出,我国秸秆中含氮300多万t、磷70多万t、钾近700万t,约相当于我国目前化肥使用量的25%,且还含有大量的有机质和微量元素,是宝贵的农业生产资源[1].

1.2 畜禽粪便中氮磷钾量的估算

自20世纪60年代以来,中国畜禽养殖业始终保持高速发展的势头,畜、禽存栏量每10年增加1～2倍.2010年,我国养牛量10626.4万头,马677.1万匹,驴639.7万头,骡269.7万头,肉猪出栏量达66686.4万头,年底存栏量达46 460.0万头,羊28 087.9万只.1988年中国畜禽粪便产生量为18.8亿t,是当年工业固废量的3.4倍；1995年达24.9亿t,约为当年工业固废量的3.9倍；2000年达36.4亿t,相当于同期工业固废产生量（9.5亿t）的3.8倍.根据有关估算参数[2-3],可以估算出我国畜禽业每年排泄物中氮磷钾量分别为1 676.05万t、528.19万t、1 269.74万t.

1.3 人粪尿中氮磷钾量的估算

2011年,我国人口总数为134 735万,按照8.5折换算成成人数,再乘以参数,就可以估算出我国人粪尿中氮磷钾含量分别是618.4万t、65.3万t、105.4万t.

综上所述,我国农业废弃物中含有大量的营养元素,还有大量的有机质和比较丰富的微量元素.若能全部还田,对提升我国耕地持续生产力具有重要意义.

2 我国农业废弃物利用现状及其存在的问题

2.1 我国农业废弃物利用率较低

目前我国农作物秸秆利用情况因作物差异较大.小麦基本实现了机械化收获,平原地区可达95%以上,秸秆直接还田量达60%～100%；玉米大部分实现了机械化收获,秸秆直接还田一般在70%左右.玉米产量较高,一般在6 000 kg/hm2以上,但因秸秆切碎度有限,加上玉米收获后就要种小麦,现在一般耕深只有10 cm左右,而豫北地区冬春季温度低,雨水少,秸秆腐烂慢；在玉米秸秆分解过程中,还会和麦苗争氮,导致小麦苗期出现缺氮症状.这些都会影响到玉米秸秆直接还田.

2.2 家庭养牛羊等饲草家畜量减少,导致秸秆过腹还田量不足

目前我国养殖业从农户散养向专业户养殖或公司集约化养殖转变,特别是我国主要养殖生猪和家禽,牛、羊、马、驴等饲草动物养殖量有限,而收集秸秆消耗大量的人力,农村劳动力不足,严重影响了作物秸秆过腹还田量.

2.3 秸秆直接还田,在一定程度上加剧了害虫的危害

秸秆直接还田量大,分解慢,在田间保存时间长,为害虫的越冬提供了场所和食物.遇到比较温暖的冬季,增加了越冬期害虫种群,为小麦春季害虫的发生提供了有利的条件,也为麦田春季管理增加负担.

2.4 农业废弃物的乱堆乱放,加剧了我国农业面源污染

大多数农民都把秸秆收集起来,堆放在田间地头和村庄周围.不仅影响农村环境和景观,还因秸秆风吹日晒雨淋,氮磷等营养元素被矿化出来,从有机态向无机态转变,随水径流或下渗淋溶,进入地表水或地下水,导致水体富营养化或硝酸盐污染.秸秆堆放还被人为点燃,既浪费了秸秆中营养元素,又造成大气污染,影响交通.

我国现在发展规模化养殖,而畜禽排泄物不能及时处理,成为面源污染的主要来源.根据我国有关统计资料,在2004—2010年间,COD和氨氮总量中,来自于农业方面的分别占60%和70%左右.目前,高氮、磷肥料用量的菜果花农田面积大幅度增长,农村地区畜禽养殖业密集发展,基础设施差的城乡结合部地带城镇建设快速扩展[4],是我国水体富营养化中面源污染的三大重要原因.

2.5 农业生产中重无机轻有机,严重影响了我国农业可持续发展

2.5.1 农业生产中只注重化肥投入,不注重有机肥投入,形成化肥依赖症目前我国粮食生产中,氮磷钾大量营养元素主要依靠化肥,形成化肥依赖症.自2004年以来,我国粮食“十连增”,化肥用量连年增加,从2004年的4 636.6万t增加到了2011年的5 704万t,8 a间化肥总量增加了23.0%,氮肥从2 221.9万t增加到了2 381.4万t,增加了7.2%；而同期粮食总产从46 946.9万t增加到了57 120.8万t,增加了21.7%. 2.5.2化肥利用率低我国化肥利用率低,只有发达国家肥料利用率的60%.究其原因,一是与我国肥料结构不合理有关,我国仍以氮肥施用为主,磷肥和钾肥偏低.在农户调查中发现,还有农户不用磷肥或钾肥.二是施用技术不当.在追施氮肥时,配合灌溉,直接撒施,导致氮肥损失.2004年我国农田化肥氮通过损失进入环境的数量高达493.4万t,其中,有28.4万t以硝态氮形态、284.1万t以铵态氮形态进入大气,有129.1万t氮通过淋洗进入地表水,有51.7万t氮通过径流进入地下水[5].

2.5.3 化肥的不合理使用,造成水体硝酸盐污染日益加剧根据中国农业科学院在北方5省20个县集约化蔬菜种植区的调查,在800多个调查点中,45%的地下水硝态氮含量超过11.3mg/L,20%的超过了20mg/L,个别点超过了70 mg/L[5].中国超过85%的湖泊面临富营养化威胁,532条河流中82%含有过量的氮,其中大部分的氮来自农田流失的氮肥.在一些农业集约化地区,化肥流失造成的地下水硝酸盐污染也非常严重,威胁着饮用者的身体健康.

对北京市郊县氮肥与地下水污染问题的研究结果表明,田间地下水中硝酸盐含量与氮肥使用量呈正相关[6].张维理等在北京、天津、河北和山东等省（直辖市）调查了69个点,其中有半数超过饮水硝酸盐含量的最大允许量,70%的菜地、11.1%的粮田地下水含量超标[4,7].对北京市平原农区481眼深层井硝态氮含量进行的调查分析结果表明,平原农区深层地下水硝态氮含量平均为5.74 mg/L,其中48.4%的调查机井受到人类活动的影响不低于2 mg/L,21.0%的机井超过国际安全允许上限（硝态氮10 mg/L）,8.1%的机井超过我国饮用水上限（硝态氮20 mg/L）[8].赵同科等曾对环渤海7个省（直辖市）地下水的硝酸盐含量进行了大面积调查,结果显示,7个省（直辖市）地下水中的硝态氮含量平均值为11.9 mg/L,约34.1%的地下水超过WHO制定的饮用水标准[9].

2.5.4 大量施用化肥给土壤生态系统带来一定的影响在我国施肥结构中,化肥占据主导地位.不注重有机肥与化肥配合施用,导致土壤有机质含量下降,降低了我国农业持续生产力.应该注重农业废弃物的利用,若还田玉米秸秆4 500～7 500 kg/hm2,可增产粮食375 kg/hm2,连续还田3 a,提高土壤有机质0.2%～0.4%[1].

化肥特别是氮肥的大量使用,导致土壤酸化.根据我国土壤肥力监测体系多年监测结果,我国土壤pH值下降,导致土壤酸度增加.从20世纪80年代早期至今,几乎在中国发现的所有土壤类型的pH值都下降了0.13～0.80,土壤的酸化还有不断发展的趋势.同时,化肥常年大量使用使得土壤板结,造成土壤固液气三相结构比例失调和土壤结构发生变化.

2.5.5 大量施用化肥对农产品质量造成影响由于我国在蔬菜生产中主要依靠化学氮肥,造成蔬菜中硝酸盐含量增加甚至超标,通过食物链,增加了人类饮食摄入硝酸盐含量,给人类健康带来一定的威胁,以至人们谈硝酸盐色变.表1是我国部分蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量[10].

表1 我国不同蔬菜中硝酸盐含量Fig.1 Nitrate content of different vegetables in Chinamg/kg

3 对策

针对我国农业废弃物严重浪费现象,必须转变农业生产理念,加大对农业废弃物的综合利用,从对化肥依赖症向低碳农业转变,从无机生产方式向有机生产方式转变,实现农业生产与环境优美同步发展.

3.1 加大宣传力度,强化人们秸秆资源意识

让农民牢固树立焚烧秸秆和浪费农业废弃物就是破坏环境、浪费资源的意识,珍惜农业废弃物,为生态文明建设做贡献.

3.2 多管齐下,提高农业废弃物综合利用率

首先,作物秸秆可以通过直接还田或间接还田,让秸秆中含有的营养元素重新回归大田.就秸秆直接还田而言,还需要对玉米秸秆直接还田机械进一步改造,把玉米秸秆切得更碎,秸秆段达到3～5 cm,加深土壤耕深,才能保证小麦播种质量.其次,结合我国养殖业的发展,大力发展青贮饲料,调整养殖业结构,增加草食动物在养殖业中的比例,进一步改善我国膳食结构中的肉类构成,提高人民生活水平.如果我国1/3的秸秆加工成饲料,可增加1亿头牛的载畜量,节约饲料粮5 300万t.通过过腹还田,进一步利用秸秆剩余营养元素.再次,结合新农村建设和我国大力推广沼气工程,充分挖掘我国农业废弃物资源,生产沼气,让农村用上再生能源.如果1/3的秸秆被合理而高效地用作能源,可以替代6 000多万t煤炭,减少大气污染和二氧化碳的排放；沼气工程还为农业生产提供优质的肥料,可减少化肥的投入,达到净化、美化农村环境的目的.

3.3 在技术层次上给予支持和指导

一是随着我国土地流转进程的加快,让更多的土地向种植大户和种植协会集中,形成家庭农场或种植业联合公司.这样就可以借鉴欧美等发达国家的做法,根据环境氮磷的负荷,制定有关的施肥政策.给出施肥量上限,对于大田使用氮肥给予上限限制.结合我国农业生产实际,特别是对于我国多熟制地区,结合地表水和地下水硝酸盐含量情况,各地应因地制宜,严格控制氮素化肥的使用量,逐渐改变我国目前对化肥依赖的生产局面.以目前北方的生产条件和生产水平而言,对于高产地区来说,二熟制的粮食作物氮肥年施用量不宜超过400 kg/hm2,而蔬菜作物也不宜超过500 kg/hm2.产量水平较低的地区氮肥施用量则应酌情减少.二是针对我国目前养殖区建设,根据土壤、水资源及水体硝酸盐含量、畜禽粪便处理加工规模等实际情况,对养殖小区的规模给予限制,不能让养殖小区随意扩大规模,防止畜禽粪便通过渗漏和淋洗进入地下水,加重水体硝酸盐、有机污染物和重金属的污染.三是在新农村建设和城镇化过程中,对于人粪尿的收集系统专门设计,集中在一个区域,然后鼓励果农、菜农、粮农充分利用人粪尿,让有机肥逐渐替代化肥,可以减少人粪尿对水环境的污染.

3.4 国家出台鼓励政策

国家出台相关政策,鼓励多渠道投资开发以农业废弃物为原料的有机肥料的开发和推广应用,让农业废弃物最终还田,走有机无机结合之路,保证我国土壤肥力在利用中得到逐步的提高,保证科学发展观在农业生产中得到落实.

总之,随着我国经济条件的改善,人口的增加,生活水平的提高,对农产品的需求刚性增加,不仅保证数量安全,更要保证我国农产品质量安全,改善我国食品不安全的局面.一定要加大对作物秸秆、人粪尿、畜禽粪便的综合利用,最终还田,让氮磷钾等营养元素重新回到物质循环中.寻找具有中国特色的低碳农业,走有机农业和生态农业之路,才能促进我国农业可持续发展.

[1]刘巽浩,高旺盛,朱文珊.秸秆还田的机理与技术模式[M].北京：中国农业出版社,2001.

[2]鲁如坤.土壤—植物营养学原理和施肥[M].北京：化学工业出版社,1998.

[3]卞有生.生态农业中废弃物的处理与再生利用[M].北京：化学工业出版社,2000.

[4]张维理,武淑霞,冀宏杰,等.中国面源污染形势估计及控制对策：Ⅰ.21世纪初期中国农业面源污染的形势估计[J].中国农业科学,2004,37（7）：1008-1017.

[5]朱兆良,David N,孙波.中国农业面源污染控制对策[M].北京：中国环境科学出版社,2006.

[6]朱济成,田应录.化学氮肥与地下水污染[J].水文地质工程地质,1986（5）：60-65.

[7]张维理,田哲旭,张宁,等.我国北方农用氮肥造成地下水硝酸盐污染的调查研究[J].植物营养与肥料学报1993,1（2）：80-87.

[8]刘宏斌,张云贵,李志宏,等.北京市平原农区深层地下水硝态氮污染状况研究[J].土壤学报,2005,42（3）：411-418.

[9]赵同科,张成军,杜连凤,等.环渤海七省（市）地下水硝酸盐含量调查[J].农业环境科学学报,2007,26（2）：779-783.

[10]吴大付,朱统泉,张建立,等.氮肥与我国粮食安全[M].西安：西安地图出版社,2012.

（责任编辑：邓天福）

The harm and prevention countermeasures of agricultural solid wastes in China

Wu Dafu1,Ren Xiujuan1,Ma Xuejun2,Zhu Lei3,Huang Zhongwen1
（1.Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China；2.Agricultural Technology Extension Station of Muye District,Xinxiang 453003,China；3.Plant Protection and Quarantine Station of Agricultural Bureau,Anyang 455000,China）

For the irrational use of large amounts of agricultural waste,these valuable agricultural resources have become the non-point pollution source.On the other hand,much more chemical fertilizer application or overload use in the agricultural production,the nitrate pollution and eutrophication of water body are ubiquitous in China.At the same time,the nitrate accumulation of vegetables and other agricultural products have taken place,so that people's lives and health have been threaten.As for these problems that were brought by the agricultural waste,it will be necessary for comprehensive utilization of agricultural waste,the agricultural production patterns must be changed, inorganic agriculture must be translated into organic agriculture and eco-agriculture.The aim of not to sacrifice of agriculture and food,ecological and environmental cost would be realized.Chinese agricultural sustainability could be gradually enhanced,the Chinese food security would be ensured.

agriculture；solid waste；harm；prevention；countermeasure

X71

A

1008-7516（2014）04-0021-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2014.04.005

2014-03-20

吴大付（1967-）,男,河南确山人,博士,教授.主要从事农业资源管理与利用研究.