我国设施园艺环境污染现状、危害与防控

◎刘文科 杜连凤

我国设施园艺环境污染现状、危害与防控

◎刘文科 杜连凤

设施园艺是环境可控农业，是现代农业的重要组成部分，为我国食物安全和农产品有效供给发挥了补充作用。近年来，我国设施园艺发展迅速，到2016年底总面积已达430万公项。由于设施园艺以日光温室和塑料大棚为主，导致环境污染严重。特别是由于设施蔬菜生产系统长期耕作会导致连作障碍、化学品（农药、重金属、化肥、抗生素等）在土壤和农产品中累积、地下水污染、温室气体排放等面源污染问题，制约了产业可持续发展。本文综述了我国设施农业生产系统中污染物种类、来源与环境去向、污染的危害，阐明了我国设施园艺环境保护的方略，强调了通过科技手段大力提升设施园艺洁净生产能力的重要意义。

设施园艺是设施农业的一种基本形式，以园艺作物（蔬菜、花卉、瓜果等）为生产对象，可在冬春及炎热夏季等不适宜条件下生产园艺作物。我国设施园艺生产起源于20世纪80年代，目前其生产面积、蔬菜产量居世界首位。虽然我国设施蔬菜产业发展迅猛，但与世界设施农业强国相比在栽培技术和环境可控程度上仍有相当的差距，产量受自然气候条件和极端天气影响大，蔬菜品质不稳定，地区差异大，农药和重金属残留超标现象严重等。我国设施蔬菜产业在产前、产中和产后三个链条环节存在许多亟待解决的问题。然而，在我国设施蔬菜生产存在诸多问题中尤以环境污染问题更为突出。设施蔬菜生产系统长期耕作会导致连作障碍、化学品（农药、化肥1、重金属2、抗生素3，4等）在土壤和农产品中累积、地下水污染、温室气体排放5等面源污染问题，制约了产业可持续发展。

一、我国设施农业污染物种类、来源与环境去向

（一）污染物种类

我国设施蔬菜生产实践中涌现出了许多的化学品和污染物，大致包括农药、重金属、化肥、抗生素、POP、温室气体等，种类繁多。这些污染物既有有机态的，也有无机态的；既有水溶性的，也有非水溶性的；既有可降解的，也有难降解的；既有固态的，也有气态的。这些污染物持留在土壤—蔬菜系统中自由迁移，甚至逸散到空中，保留着生物活性和毒性。

（二）污染物来源

我国设施蔬菜生产实践中出现的化学品来源大致包括施肥、灌溉、喷施、大气沉降等。通过使用氮磷肥、钾肥、有机肥等带入氮、磷、重金属、抗生素等污染物；通过灌溉进入农药、氮磷等；通过人为喷施，引入农药、菌剂、激素等化学品。各种化学品在土壤中不断累积、转化、迁移，形成众多形态，具有不同的生态危害和环境危害。

（三）污染物环境去向

设施蔬菜生产系统中化学品和污染物在土壤中发生着转化、降解、迁移等行为，也有着不同的去向。其中，几乎所有污染物，包括重金属、农药、抗生素和POP等污染物都可通过根系吸收进入蔬菜体内积累，进入食物链，危害人体健康。农药、抗生素和POP等污染物及其衍生物可通过土壤向地下迁移进入地下水或深层土壤。一定比例的氮素通过硝化作用和反硝化作用产生温室气体和氮气释放到空气中。

二、我国设施农业环境污染的危害

（一）生态环境危害

设施生产系统中各种污染物的生态环境危害十分严重。污染物通过形态转化，衍生出多种小分子形态，危害土壤微生物区系和根系生长发育，导致土壤功能缺失。氮磷元素因过量使用在土壤中大量累积，可随灌溉水向地下水和深层土壤淋溶，污染地下水。抗生素及其衍生物导致微生物耐受性增强，可产生超级细菌，危害生态安全。

（二）农产品安全危害

众所周知，重金属、农药、抗生素、硝酸盐、激素和POP等污染物对人体健康危害严重，具有致癌致畸的特性，尤其对儿童等脆弱人群危害更加严重。蔬菜是人类主要食物，每天都要大量消费，隐含在蔬菜中的污染物将直接进入人体，累积到肌肉、脂肪和脏器中，积累到一定量就会造成严重后果，导致疾病发生。设施蔬菜生产过程中，由于水肥供给充足，蔬菜生长速率高，许多污染物会吸收或附着在蔬菜体内或表面。特别是叶菜类，生长期短，农药等污染物很难在体内降解，更容易危害人体健康。此外，草莓等浆果类表面柔软，难以仔细清洗，喷施农药极易被吸收到人体中。当前，市场上的蔬菜等设施农产品缺乏必要的监管，产地环境无标识，缺少检测报告，农产品质量随机性高，消费者无法辨识农产品质量的高低，成为被动的受害者。

三、我国设施农业环境保护方略

（一）科学控制农用化学品投入量

科学使用农药化肥是减少化学品投入的有效途径。化肥、农药是造成设施蔬菜生产系统污染的罪魁祸首，必需科学减控。科学施肥、灌溉提高水肥利用效率，减少氮磷离子向地下水淋溶，增加根系吸收利用，防治氮磷在土壤中的累积，在保证高产条件下削减硝酸盐在蔬菜体内的累积水平。可采纳水肥一体化手段进行水肥管理，利用滴管方式大幅提高水肥利用效率，减少氮磷在土壤里滞留时间，防止氮磷淋溶出根区导致环境释放。

科学使用农药是设施蔬菜生产的重点。由于我国设施蔬菜从业人员文化水平不高，科学素质偏低，导致无法很好地遵守农药使用规程，常出现过量施用、滥用农药的现象。从技术角度而言，首先要通过合理环境消毒和清洁管理，减少设施病虫害发生，并辅助物理手段，减少农药使用次数和用量。其次，要谨遵农药使用规程，农药使用时间一定要根据农药降解半衰期和蔬菜采收期来制定，避免大量药残的蔬菜被采收上市。从政策角度而言，政府应出台相关惩戒政策，对违规使用农药生产者给予处罚。

（二）削减污染物源头引入

设施蔬菜生产应规范有机肥使用，减少随有机肥进入设施蔬菜生产系统中的污染物总量。我国设施蔬菜生产通常使用大量有机肥作为基肥，改良土壤，提供大量养分。然而，近些年来我国有机肥源多为集约化养殖场（养猪场、养鸡场、养牛场等），在畜禽养殖过程中，也存在兽药使用不规范问题，滥用、过量使用抗生素、饲料添加剂问题十分严重，这些抗生素和饲料添加剂进入畜禽体内大部分随粪便和尿等排出体外，隐藏在有机肥中。有机肥进入设施生产系统的污染物种类非常庞杂，单体或综合危害严重。

应加大畜禽养殖行业抗生素和饲料添加剂使用的规范化管理，减少有机肥中药物残留，以免影响种植业的健康发展。从设施蔬菜生产角度而言，可减少有机肥使用量，稀释因有机肥使用引入的污染物土壤浓度，避免在蔬菜可食部分污染物的累积。

（三）降低化学农业份额

物理农业是利用具有生物效应的电、磁、声、光、热、核等物理因子操控动植物的生长发育及其生活环境，减少农业对化学肥料、化学农药、抗生素等化学品的依赖以及自然环境的束缚，最终获取高产、优质、无毒农产品的环境调控型农业。物理农业属于高投入高产出的设备型、设施型、工艺型的农业产业，是一个新的生产技术体系。它要求技术、设备、动植物三者高度相关，并以生物物理因子作为操控对象，最大限度地提高产量和减少农药等有害于人类化学品使用。

目前，有诸多物理农业技术进入设施蔬菜生产实践中，比如温室电除雾防病促生技术、畜禽舍空气电净化自动防疫技术、烟气电净化二氧化碳增施技术、温室病害臭氧防治技术、畜禽舍粪道等离子除臭灭菌技术、土壤电消毒技术、多功能静电灭虫灯、LED补光技术等。采用这些物理技术可大幅降低农药的使用剂量，减少农用化学品的残留，保护了食物链健康。

（四）实施“环境替代资源”战略构想

农业是资源消耗型产业，因传统农业资源（养分、水、土地等）的日益短缺和枯竭，严重限制了农业的可持续发展潜力。根据农业生产的因子综合作用律，辨证考虑环境要素（温度、光照和二氧化碳气体等）和传统养分、水、土地等资源在农业生产中的协同关系，栗金池等6提出了通过强化环境要素提高传统农业资源的利用率，增强农业可持续发展能力的战略构想。

设施农业是实现该构想主要途径，通过发展设施农业技术，可大幅度提高资源利用效率，实现资源替代，该构想不仅对增加农业效益、解决三农问题有益，也将为增强中国农业发展潜力和传统资源利用产生深远影响7。代表环境控制技术包括二氧化碳补施技术、植物补光技术、设施温湿度控技术等。环境替代资源构想的理论核心是通过设施工程的建设强化农业生产资源中的环境要素（光照、温度和二氧化碳等可再生资源），提高不可再生资源（土地、水和矿质养分）的利用效率，甚至实现资源循环利用的农业生产模式。实施“环境替代资源的战略”可大幅度提高中国农业的产出，缓解中国农业资源短缺现状，是增加农业可持续发展潜力的有效途径。

（五）发展城市农业减少碳足迹

城市农业的概念于1977年由美国农业经济学家艾伦·尼斯明确提出。按照2003年联合国发展计划署（UNDP）的定义，城市农业是指满足城市消费者需求为主要目的，采用集约方式，利用自然资源和城市废弃物，在分散于城市或郊区各个角落的土地和水体里种养各种农产品，并进行加工和销售的产业。随着我国人民生活水平的日益提高，城市居民对农产品的需求越来越多样化、精致化。在许多城市，特别是中小城市，市民所需的时新蔬菜、水果、食用菌类等农产品还要靠长途运输来满足，不但增加了运输成本和碳排放，还无法保证质量。同时，与城市居民的精神生活需求、城市环境的美化相关的农产品，都会给城市农业带来很大的需求空间。

四、结语

设施园艺是城乡居民蔬菜等农产品重要来源，其生态环境质量直接关系到农产品品质和消费者健康，必须严格管控。当前，因过量施用化肥、有机肥、农药等导致的氮磷、重金属、农药、抗生素等污染已十分严重，亟待从技术、政策层面加以管束，从源头上减少污染物引入，保证设施园艺产业可持续发展。此外，应加大设施农产品检测力度，按照国家标准防止污染农产品进入市场，对消费者的健康产生潜在的危害。设施蔬菜农药和重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性等特点，需要长期不懈防范才能奏效。

发展现代设施园艺产业，保障粮食安全和农产品有效供给是国家的长期方针政策，也是应对人口增长、资源减少、环境污染、气候变化等问题的重要举措。设施园艺本身是技术密集型产业，其半密闭或密闭生态系统中的光、温、水、气、肥等生产要素可以被人为调控，能实施周年高效生产，优势明显。但是，受我国主导设施类型——日光温室和塑料大棚环控水平低，以及土壤栽培根区无法调控的制约，加之菜农追求高产的商业心理，导致目前我国设施蔬菜生产总体效益低下，可持续发展潜力很小。因此，除非从设施类型和栽培方式上进行技术创新，跨越式发展适合中国国情的设施类型和无土栽培方式，才能振兴中国设施园艺产业，生产高品质蔬菜等农产品，保护生态环境，切实实现“绿水青山就是金山银山”的美好目标。

1.刘文科. 中国迫切需要大力发展现代设施农业. 科技导报，2 0 1 4，3 2 (2 4): 1 2.

2.杜连凤、赵同科、张成军等. 京郊地区3种典型农田系统硝酸盐污染现状调查. 中国农业科学，2 0 0 9，4 2(8):2 8 3 7-2 8 4 3.

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5.Z h a n g QQ, Y i n g G G, P a n C G, L i u Y S,Z h a o J L (2 0 1 5) C o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n o f a n t i b i o t i c s e mi s s i o n a n d f a t e i n t h e r i v e r b a s i n s o f C h i n a: S o u r c e a n a l y s i s, mu l t i me d i a mo d e l l i n g,a n d l i n k a g e t o b a c t e r i a l r e s i s t a n c e. E n v i r o n me n t a l S c i e n c e & T e c h n o l o g y 4 9,6 7 7 2-6 7 8 2.

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7.栗金池、刘文科、杨其长. 利用设施农业技术实现“环境替代资源”的战略构想. 中国农学通报，2 0 1 0，2 6(3):2 8 3-2 8 5.

（责任编辑 陈莹）

● 刘文科，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员、博士生导师。杜连凤，北京市农林科学院植物营养与资源所副研究员。

本文源自：十三五”国家重点研发计划项目课题-设施农田氮磷淋溶防控技术集成示范（2016YFD0801001）资助。