我国农业面源污染的管理与治理

程全国, 张书源

(沈阳大学 区域污染环境生态修复重点实验室, 辽宁 沈阳　110044)



我国农业面源污染的管理与治理

程全国, 张书源

(沈阳大学 区域污染环境生态修复重点实验室, 辽宁 沈阳110044)

摘要:对我国的农业面源污染现状从化肥污染、农药污染、畜禽养殖污染、农村生活垃圾与生活污染几个方面进行阐述,从管理角度与治理技术方面进行原因分析,对我国农业面源污染治理从管理角度与技术措施两个方面给出改进建议。

关键词:农业; 面源污染; 管理; 治理技术; 农药污染

农业面源污染广义上来说就是在农业生产、生活过程中产生的生活垃圾、废弃物、家禽家畜粪便,以及化学加工剂的滥用导致的周边农业生态环境的污染[1];狭义上来说就是上述污染物对于周边水体的污染。污染物没有经过处理的随意排放,影响农田生态环境的固体污染或液体污染物,通过降雨、降雪等形式以地表径流、农田排水或地下淋溶等方式排入到各水域,直接导致周边水体受到污染。污染物是以氮磷为主的化合物[2]。不同于工业污染等其他方面污染,农业面源污染具有很大的随机性、不确定性、分布广泛性、隐蔽性与潜伏性等特点,监测与治理难度很大[3]。针对农业面源污染,如何进行合理管理和有效控制,是当前环境保护的重要任务。

一、 我国农业面源污染现状

1. 化肥污染

我国的化肥生产与化肥使用量都居世界第一。2012年,全年氮肥与磷肥使用量分别为6 383.7万吨和1 980.5万吨,远远高于其他国家[4]。世界卫生组织对于作物化肥的用量规定上限为255 kg/hm2,而我国目前的化肥用量已经达到400 kg/hm2。农药中钾肥利用率40%～60%,氮肥利用率30%～40%,磷肥利用率为10%～15%[5],其中氮肥施用量的60%～70%是不能被作物吸收的,大多数以气态扩散到了大气里,或经过降水、地表径流和土壤渗滤等作用进入到水环境中[6],引发“从水体到大气”的全方位立体污染,造成湖泊、水库等水域的富营养化、土壤理化性状改变(土壤板结、盐碱化、酸化、有机质含量偏低等)、农产品中硝酸盐和亚硝酸盐含量超标严重。不仅直接影响农作物的产量和质量,同时也增加了作物的生产成本。

2. 农药污染

目前我国每年的农药生产总量已达110万吨,平均施用量2.33 kg/hm2,且用量水平与区域社会经济发达程度和农业生产水平成正相关。其中,浙江省最高为9.96 kg/hm2,内蒙古最低为0.36 kg/hm[4]。研究表明,我国每年消耗的超过30万吨农药中,只有不到1%被有效利用,剩余的则流失到土壤、水体和空气中;向植物喷洒农药时,作用到植物体上的不足20%,而直接排入环境的比例高达80%以上。农药在施用过程中可以随地表径流或农业灌溉水流入水体,大气的残留农药可以随雨、雪等天然降水进入水体,清洗农作物时农药残留经冲刷进入水体,所以导致水污染的渠道是很多的。

3. 畜禽养殖污染

近年来,我国养殖业发展迅猛,各地出现了很多大型的集中化养殖中心,虽然有利于养殖业的集聚,但也给周边环境带来了很大压力。根据有关数据统计,现在我国每年产生的畜禽粪便污染物约55亿吨,是工业有机污染物的4.6倍,到2020年前后,这一数字会增长到每年100亿吨左右。养殖污染物不但会产生污水粪便等类型的垃圾,还有大量的磷、氮等物质与致病细菌扩散到大气中,严重危害环境安全[4]。这些污染物产生量巨大,集中处理难度高,目前只有少部分养殖场从国外引入沼气发酵设备进行厌氧发酵处理,大部分禽畜养殖场均没有采取任何处理,基本上是属于直接排放,对周边的河流、湖泊等水体造成严重污染。

4. 农村生活垃圾与生活污水污染

农村中的生活类垃圾主要由塑料袋、建筑垃圾、电子垃圾、建筑垃圾等组成。这类垃圾成分复杂,有些具有一定的毒性,难以回收且不能降解,基本上都没有经过垃圾处理直接堆放在环境中,不但需要占用大量的农业用地资源,还会污染地表水与地下水导致生态环境危机。

农村污水主要来源为厨房、浴室和厕所用水,这些污水没有经过处理,直接排放或者进入化粪池后自然溢出。根据我国的2012年的统计数据,当年农村生活污水的排放量约为1 200万吨[7],排放量已经远远大于工业污水。尽管近年来加强了对于农村生活污水处理的投资与建设,但是不论是投入数量还是处理质量都还不尽如人意。

二、 我国农业面源污染成因

1. 管理因素

(1) 土地经营规模细碎化。我国很多地区由于农业耕地细碎化无法进行大型机械化作业,需要通过科学的田间管理方法来对农业污染进行有效的控制。在土地细碎化地区,可用耕地数量少,农户往往都十分重视各种细碎土地的利用以增加耕种面积,大量的山坡、水岸、滩涂区域都被农户进行开垦种植。但是这些区域对于农药的截留效率比一般耕地要高许多。根据调查,氮元素在岸边植被带的截留率为89%,而在农田的截留率仅为8%。截留率的上升造成大量化肥、农药残留在细碎农田中,所以此类地区的环境更容易受到农药污染的侵害[8]。

(2) 农民环保意识不足。在短时间内改变农民的生活习惯,提高环保意识和接受节能减排思想较为困难。例如,我国农户对化肥的使用明显有 “三轻三重”的问题,即投入轻、有机肥料轻、钾肥轻,重产出、无机肥料重、氮磷肥重。为了提高产量,有些农户在种植过程中违规使用违禁农药,将农药的容器与喷洒器具直接用水清洗、排放,导致当地的土壤、地下水、地表水受到污染。一些基层政府对于农业面源污染与环境破坏问题不够重视,一味追求短期经济效益,忽视环境可持续发展。

(3) 农户劳动力投入不足。农村地区经济发展相对落后,整个农业产业的构架还是属于劳动力密集型,大部分地区的农业耕种都是采用粗放方式进行的,农业耕作产出比率低,投入产出周期长。我国现阶段大量的农村劳动力外出务工,虽然可以短期内增加农户的经济收入,但在整体农业发展水平不高的情况下,劳动力的外流,使原有的农业产业更加疏于管理。我国太湖流域苏南地区出现了很多 “老少农业”“早晚农业”与“周末农业”等现象,就是农村劳动力向城镇涌入导致农村地区农业劳动力不足的结果。原本的农业耕种生产投入力度下降,原有的合理操作程序与方法被废弃,加大了对于化肥农药等节省劳动力的农业方式的依赖,增加了化肥农药的用量。而且由于农户疏于农田建设,田埂漏水严重,不仅造成水资源的浪费,同时也加大了化肥的流失量。

2. 技术因素

(1) 环境治理技术尚显滞后。目前我国在环境污染治理方面的技术能力与治理水平不论是在水污染治理、空气污染治理,还是土地污染治理上,均趋落后状态。在污染治理方面依然使用氧化沟、生物滤池、活性污泥法、物理化学净化、土壤生物净化等相对落后的生产工艺。成熟技术普及率低、效率低、投入大、运用成本高、见效慢的缺点依然没有改善。例如,氯类农药和塑料薄膜技术还没有可普及的降解方法。

(2) 无公害植保技术滞后。 根据联合国世界粮食及农业组织公布的资料显示, 病虫害每年会对农业产量造成二至三成的损失, 因为病虫害所导致的农作物减产的直接经济损失每年高达1 200亿美元, 而化肥对于农业作物的产量有着40%～60%的促进作用。 所以当下寻找一个既能解决农作物病虫害防治, 又对环境友好的化学农药和化肥的替代技术成为了首要问题。 虽然我国在农业领域近年来的研究取得了一定的成果, 但是距离大面积推广使用还有很长的路要走, 在寻找经济性、安全性、有效性、环保性的化肥农药代替品方面还需要加大研究力度。 在种子的耐病抗虫的选育方面的研究、在新兴生物肥料生产成本控制方面的研究等, 都需要政府加大投入力度。

三、 针对我国农业面源污染问题的管理措施

1. 对高氮类化肥与杀虫剂征收使用税

通过税收调节,增加此类高污染产品的流通使用成本,同时引导生产企业进行转型,增加对低毒性高效环保型生物农药的生产补贴,鼓励养殖场对禽畜粪便进行无害化处理并给予一定的经济补贴,逐步建立生态与发展相平衡的发展机制。

2. 从宏观层面做好市、区、镇(乡)环境保护规划

将农业面源污染防治作为当地制定环境保护和产业发展规划的重要内容,推动产业结构调整,治理农业面源污染,加快编制畜禽养殖污染防治具体规划和农村生活垃圾、污水治理专项规划,确保畜禽粪污、农村生活垃圾和污水处理率达到较高水平。

3. 加强对于农村的环境生态问题关注度

对农业生产体系进行有效的监管,鼓励企业生产环保性产品,在全国各地区建立健全有效的农产品检测中心与区域环境监测体系,政府多部门分工协作,对农业污染事故进行及时监测,确保对事故的有效控制。

4. 鼓励农业养殖户生产方式转变

依据科学规范的养殖方法对养殖的密度和养殖场的布局进行合理规划,增加禽畜粪污、农村生活垃圾和污水处理设施建设。推广沼气利用技术,解决畜禽粪便污染,并获得生物能源。

5. 构建“农业面源污染控制最佳管理措施(BMPS)体系”

BMPS体系包括任何能够减少或预防水资源污染的方法、措施和操作程序,由工程措施和管理措施两部分组成[5]。包括从农业生产源头减少农业生产活动对环境风险的控制和在水流入河前采取的一系列工程措施,最大程度地减少径流污染物入河流的末端治理。

6. 健全针对农业污染方面的立法和规章制度

基于共同负担、生态补偿为主经济刺激为辅的原则进行立法[9]。从法律层面上确立一种可以遵循的循环利用的清洁发展模式,提高农业面源污染治理的法律地位。在国家立法层面制定一部综合性的农业面源污染防治法,在地方层面制定符合实际需要的地方性法规。在制定相关法律法规的同时要考虑到可操作性,明确法律主体、法律责任和主管部门,鼓励民众参与农业面源污染的治理活动。

7. 加大农业面源污染防治宣传力度

对于农业生产生活对环境所造成的影响需要从环保知识、生产技术、相关法律法规和环保项目开发信息等几个方面同时增加宣传力度。使农民意识到农村面源污染主要是由不当的生产和生活方式造成的,这种行为给环境造成了无法估量的损失。通过宣传推动广大农民自觉改变落后的生产生活方式,在提高其劳动效率与增加劳动成果的同时改善环境。做好清洁生产方式的普及与推广,加强相关农业环保配套企业与设施加强建设,使环保教育能够在整个农村普及。

四、 适合我国农业面源污染的治理技术

1. 农村小规模生活污水治理技术

结合农村的地域性,根据政府财政能力等系统考虑,着重于加工技术的成熟和经济实用性,采用低成本运作、管理维护容易便捷的加工技术。以人工湿地系统(Constructed Wetlands)为例,通过模仿自然界中的水底动物植物生态系统功能,进行合理重组,结合生态系统中的化学、物理、生物的相互作用进行污水处理。系统的培育环境是在预定长度和宽度比例协调的底部坑中,由淤泥和自然填充物累积混合的填料床,生活污水在此填料床间隙中穿梭形成潜流式湿地或在填料床表层流动表层湿地。使用人工湿地系统处理污水,适用于大中小各种规模,建设成本低,设备简单,方便操作运行和维护。需要材料(泥沙,碎石,土壤等)可就地取材,系统建设因地制宜,污水进出不需要耗费外在动力,自然流入,成本低廉。此系统占地面积较大,可利用当地废弃的池塘、沼泽地等区域进行建设。

2. 农业废弃物处理技术

农村首要的固体废弃物是农作物秸秆和畜禽养殖废弃物。农作物秸秆在过去以燃烧为主,产生大量烟尘。在政府的积极倡导和监督下,除将秸秆还田外,还可将其打捆收集制造建筑材料。畜禽粪便是农业面源污染必须解决的间题,人畜排泄物能够通过一系列转化进行资源化利用。排泄物的固体部分通过发酵池的发酵能够提供优质的有机肥料,使用有机肥料可以使土地更加肥沃。而排泄物的液体部分能够运用厌氧发酵技术产生沼气提供能源,或者直接对其进行净化处理返回水体[10]。

3. 测土配方施肥减量化技术

在耕种施肥前先对土壤的肥力进行分析,针对不同肥力的土地使用不同的配方进行施肥,减少氮肥、磷肥的浪费,降低生产成本,最大限度地控制对土地与作物的污染。积极推广有机肥料、复合肥料、生物肥料的使用,让肥料的使用更加趋于高效化和专业化,推广人畜排泄物与秸秆还田技术,改善土壤肥力,减少大气污染。

4. 农药减量化与残留控制技术

最近几年,针对水稻螟虫等重大病虫害,联合开展的化学农药污染控制技术研究,削减了水稻试验区30%的农药用量,获得了不错的效果。传统农药由于其稳定性很难降解,长期滞留于水与土壤中对环境产生危害。随着生物基因工程的发展,一些学者试图通过高效的工程细菌对农药进行降解,将高效的降解农药酶的基因转移到载体,经过培养获得高效降解农药的工程菌,然后用培养的菌种消化农药使农药残留问题得以彻底解决。

5. 无农药栽培技术

无农药的作物培养技术日益受到关注,该技术已经具备在作物的生长期间无需使用任何农药类物品也能够防治病虫害的能力。进行无农药培育时,必须慎重选择合适的实验田,根据当地的情况,尽量选择发生病虫害较少的地区,并将土壤中存在的病原微生物、害虫及其卵子等消灭掉。通常采用太阳能消毒法,达到更好的杀虫消毒效果。无农药作物培养技术所选种子必须是没有被病原微生物及虫卵等侵染过的健康的种子,是抗病抗虫的优良种子。在某些必要情况下,为了保证种子能够茁壮发育成长,也会对种子使用温水浸泡来消毒。

肥料的选择也很重要,肥料使用不当也会引发病虫害。相对较安全的肥料如豆饼、菜籽粕等可以放心使用,此类肥料都做过加温、挤压处理,安全可靠。树叶、秸秆、人畜粪便等肥料则必须经过6个月到12个月的堆积发酵,将其中的病原、害虫及其卵子消灭后才能使用。

在育苗成长期间,还将继续采用防病防虫的措施。使用塑料薄膜覆盖植物,利用大棚阻隔害虫,不但能防虫、防虫媒传播性病害,还能防冻,维持植物成长;采用防虫纱网,起到隔离效果和降温作用,能更好地促进育苗的生长;采取适当的避雨措施,防止雨水传播带来的危害;采用混植杀虫植物,利用动植物与生俱来的特质达到杀虫防病的目的。

参考文献:

[ 1 ] 李金锋. 农业面源污染现状分析与防治对策研究[J]. 河南农业, 2015(6):21-22.

[ 2 ] 牟新利,任江林,刘瑞民. 农业面源污染最佳管理措施评价研究[J]. 湖北农业科学, 2013(17):4073-4076.

[ 3 ] 杨林章,冯彦房,施卫明,等. 我国农业面源污染治理技术研究进展[J]. 中国生态农业学报, 2013(1):96-101.

[ 4 ] 李冠杰,郑雅莉,胡明,等. 基于环境需求视角的农业面源污染防治对策[J]. 农村经济与科技, 2014(11):6-9.

[ 5 ] 夏德强,呼小洲,张海亮. 西部某地区农业面源污染现状及防治对策[J]. 安徽农业科学, 2015(5):222-227.

[ 6 ] 付丽霞,李云乐. 农业面源污染的现状、问题及对策探析[J]. 食品安全质量检测学报, 2014(7):2285-2289.

[ 7 ] 李冠杰,郑雅莉,范彬. 农业面源污染对水环境的影响及其防治[J]. 中国集体经济, 2015 (1):6-8.

[ 8 ] 李海鹏. 中国农业面源污染的经济分析与政策研究[D]. 武汉:华中农业大学, 2007.

[ 9 ] 王宏旭. 我国农业面源污染防治法律制度研究[D]. 石家庄:石家庄经济学院, 2012.

[10] 赵燕,张波,徐娣,等. 农业面源污染类型及治理技术[J]. 现代农业科技, 2015(10):220-245.

【责任编辑孙立】

China’s Agricultural Non-Point Source Pollution Management and Control Technology

ChengQuanguo,ZhangShuyuan

(Key Laboratory of Regional Environment and Eco-Remediation, Shenyang University, Shenyang 110044, China)

Abstract:Based on previous studies on pollution from fertilizer, pesticide pollution, livestock pollution, rural life rubbish and domestic pollution, the present situation of agricultural non-point source pollution is introduced, and causes of the current situation are analyzed from management and technical aspects. Some suggestions for final control of agricultural non-point source pollution are put forward on the aspects of management practice and technology.

Key words:agriculture; non-point source pollution; management; treatment technology; pesticide contamination

中图分类号:X 324

文献标志码:A

文章编号:2095-5464(2016)02-0172-04

作者简介:程全国(1966-),男,辽宁鞍山人,沈阳大学教授,博士生导师。

基金项目:国家科技重大专项课题子任务(2012ZX07505-002)。

收稿日期:2016-01-09