汛期农田退水对水环境的污染分析及其应对措施——以苏中某农业大县实调为例

李益群，王 珂

（南通市如皋生态环境监测站，江苏 如皋 226500）

长江流域汛期一般在每年的5～10月，其中梅雨期5～7月。在此时期，降水显著增加，大量随径流入河，各类污染物也随之进入水体，水环境质量严重下滑。其中，农田退水污染影响最大。苏中某沿江农业大县（以下简称苏中某县）临江近海，境内水网密布，河道纵横，每年汛期正好与农业麦收和水稻种植重叠，短期对水体环境的冲击负荷明显。积极有效应对汛期农田退水污染，使区域水环境少受汛期影响，平衡度过汛期，已成为地方政府、生态环境部门和广大百姓谋划和关心的重点。汛期涉及区域广，苏中某县具有一定代表性。本文以苏中某沿江农业大县作为样本，系统分析汛期农田退水情形、退水量、农药化肥用量及排放量、汛期内河水质变化趋势，并针对以上因素提出了防止和减缓汛期水质下滑的对策措施。

1 汛期农田退水溯源分析

1.1 降水退水

降水退水主要集中在梅雨季节和台风等极端气象条件时，该过程雨量充沛，雨水大都径流入河。2021年，苏中某县6月18日人梅，7月11日出梅，历时28天。全县16个降水观察站降水范围146.3～355.7mm，均值267.25mm。该县水稻种植面积约63.24万亩，计421.6平方公里。通过对各板块水稻种植量和降水量的加权计算，该市水稻田梅雨期总降水1.117亿立方米，由于梅雨期地下水位很高，降水垂直径流量较少，同时考虑梅雨期连续晴天天数，降水仅有3次保留5cm的降水量，其余基本排放，推算梅雨期稻田排放量为4.846×107m3。

1.2 耕种作业排水

（1）平田退水。因耕作需求，麦收后田间需先灌水浸泡秸秆四天，目的是泡软秸秆、泡透土壤耕作层，以便于秸秆浸润下沉附着在土上，利于耕种还田。因田地不平整，为确保所有秸秆得到浸泡，基本是大水漫灌，一般水深达10cm左右。浸泡后进入犁耕、机磨平整和插秧作业工序，该作业过程须严格控制水层在1～2cm，水层过高浮草增多，同时插秧易漂秧、倒秧，因此，作业时须将多余的水外排，一般平均排水约5cm，全县稻田排水2.108×107m3。

（2）防烧苗排水。小麦、水稻秸秆碳氮比高达100∶1，泡田水中碳氮比也较高，远超腐生菌繁殖生长要求的25∶1，泡田水在高温快速腐烂过程中，腐生菌抢用土壤环境中的氮，造成秧苗缺氮发黄死亡，只有排放泡田水才能解决烧苗问题。防烧苗也是排水的主因之一，该排水过程基本涵盖在降水退水和耕种退水内。

（3）搁田排水。搁田就是在水稻分蘖初期排水晒田，目的是有效控制无效分蘖，促进根系生长，增强根系活力，有利于后期的养分吸收和抗倒伏能力，搁田大约在7月底。在天气连续晴天状况下，搁田可通过自然蒸发实现，但2021年恰逢“烟花”台风连续降水，田间蓄水较多，需人为排放。根据实际调研搁田期排水约5cm，全县稻田排水2.108×107m3。

2 农田退水污染源强分析

2.1 秸秆污染源强分析

夏收后温度逐渐抬升到25℃以上，秸秆腐烂期短，污染物释放较快。根据检索，小麦秸秆中的磷含量为0.02～2.34g/kg，平均值为0.613g/kg，每亩田夏收产生秸秆约0.4吨，腐烂后释放总磷约245克/亩。本单位对秸秆浸泡污染物释放进行了实验分析，在秸秆与水质量比为8.3%的浸泡比下，5天后浸泡水总磷浓度在10～16mg/L之间波动。耕种时秸秆与浸泡水比为0.6%，考虑田间微生物的作用，秸秆浸泡释放总磷的贡献为1～2 mg/L。

2.2 农药化肥污染源分析

（1）农药化肥使用情况调查。当前我国农药化肥施用存在的主要问题是亩均用量偏高，是美国的2.6倍，欧盟的2.5倍[1]。过量施用的大部分化肥农药通过径流污染土壤、水环境，影响生态环境，严重破坏了土壤微生物生态链，使土壤失去活性功能成为死土，更严重的是对水体造成严重污染。对该县2021年10000亩水稻种植期农药、化肥具体使用量、使用过程进行了调查。化肥使用期为6月初～8月初，历经65天左右，品种为复合肥和尿素，使用量为55公斤/亩，计825公斤/公顷，仅夏种就超出国际警戒用量225公斤/公顷2.67倍。2021年水稻大量倒伏与化肥施用过多不无关系。农药使用期为6月初～9月下旬，历经110天左右，品种多达10种，见表1、表2。

表1 苏中某县2021年水稻种植季化肥具体使用时期使用量调查表

表2 苏中某县2021年水稻种植季农药具体使用时期使用量调查表

（2）农药化肥污染物排放分析。苏中某县水稻种植面积63.24万亩，化肥使用共计34782吨，其中复合肥使用量22134吨，尿素使用12648吨，化肥中特征污染物主要为氮、磷，总氮含量10645.4吨，总磷含量4897.2吨。农药使用共计360.5吨，农药中特征污染物以氮为主，其中氮含量占比14.5%，计52.403吨，其次为氟、氯、硫、溴。根据农业部制定的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》，到2020年，主要农作物肥料和农药利用率达到40%以上。根据对农业部门和种田大户的调查，2021年农药化肥用量与2020年变化甚微，根据该行动方案，该区域具体使用和外排统计量见表3、表4。

（3）农田退水污染状况。通过对2021年整个水稻种植期农田退水的调查分析，农田退水污染强度耕种期最强，受降水量影响种植前期氮磷排放浓度相对中后期低，中后期基本平稳，但受降水量及施肥时间的不定性退水污染物强度规律性不明显。搁田排放水强度反弹，具体特点如下：

1）浸泡施肥退水。污染主要源于基肥释放和秸秆浸泡腐烂，秸秆浸泡4天耕种前需人为排水，该阶段为全区域短期集中排水，排水水质呈暗红色，此时段内河水质差，地表水亦呈微红色，最易发生死鱼事件。对该阶段三块大田退水进行了监测：CODcr均值232mg/L、最高达352mg/L，TP均值2.9mg/L、最高达8.44mg/L，NH3-N均值11.91mg/L、最高达17.5mg/L。该县所有稻田浸泡短期排水2.108×107m3，CODcr排放4890.56吨、TP排放61.98吨、NH3-N排放251.06吨。

2）种植期退水。退水主要以降水为主，排水污染浓度受降水量波动较大。整个种植阶段退水CODcr均值65.4mg/L，波幅为25～120mg/L；TP均值1.97mg/L，波幅为0.234～8.44mg/L；NH3-N均值11.45mg/L，波幅为0.882～91.6mg/L。该县所有稻田种植排水4.846×107m3，CODcr排放3169.28吨、TP排放95.68吨、NH3-N排放554.76吨。

3）阁田退水。阁田一般在7月底需将田间水全排尽，排水浓度CODcr22mg/L、NH3-N6.28mg/L、TP3.08mg/L。其中TP浓度较高与梅雨期后秸秆腐烂、化肥释放及相对长时间未排水有关。全县排水2.108×107m3，CODcr排放463.76吨、NH3-N排放132.38吨、TP排放64.93吨。

3 农田退水对水环境的影响

选取直接受面源农田退水污染的六条河流进行长期TP等因子监测，本地区定标因子为总磷，分析汛期前后河流水质TP变化趋势，见图1。

图1的监测结果表明，自本地6月初夏收后内河水质呈断崖式下降，6条内河水质从5月底的均Ⅳ类下降至6月初的均Ⅴ类，到6月下旬全面恶化至劣Ⅴ类。水质下降时间与6月12日左右的秸秆浸泡和基肥施用人为排水以及6月18日入梅时间相吻合。部分河段水质5月下旬恶化与麦子倒伏秸秆腐烂有关。水稻种植后地表水污染不断加重，到7月11日出梅多数河流TP污染呈上升趋势，至8月中旬水质才略微好转大多数河流转为Ⅴ类。9月份个别河段水质异常超标与河边秸秆大量堆积腐烂有关。

表3 苏中某县2021年水稻种植期间化肥使用量及外排量汇总表

表4 2021年水稻种植期间农药使用量及外排量汇总表

图1 汛期内河水质总磷变化趋势图

4 汛期水环境改善的对策建议

4.1 推广机械深耕，降低表层秸秆含量[2]

采用双铧犁、圆盘犁等生态型犁耕深翻还田作业，将秸秆直接犁耕深翻到土壤中，一般作业耕深大于22厘米，秸秆覆盖率80%。深耕能将秸秆深埋到地下，加速秸秆的腐化速度，相对单位体积土壤中小麦秸秆含量比小型机械耕翻浅的秸秆含量低得多。深耕田浸泡水中的碳氮比小，可降低浸泡水因缺氮烧苗的影响，从而减少退水排放量。

4.2 控制泡水水位，减少人为退水量

一是通过气象预报，利用降水泡田，不用灌溉增加田间水量。二是通过适当延长泡水时间，达到秸秆泡软、土壤泡透目的即可。三是加大麦田耕种的平整度，降低泡田水量。四是田间调剂，将退水排入未耕种的田地，进行二次利用。

4.3 推广秸秆离田，减少秸秆浸泡污染

秸秆浸泡产生大量腐殖质污染物，为减少污染物对地表水和地下水的影响，应适当推进秸秆离田，特别在河道一定范围内应设立秸秆离田、严堆管控区。今年该县在骨干河道两侧1公里范围内设立了生态缓冲带，秸秆打捆离田，严禁堆放，2021年该县夏收秸秆离田37372亩，占比5.9%。离田秸秆送生物发电厂综合利用。

4.4 建设田头退水回灌系统，推动循环使用

在农田周边排水渠构建“控制涵闸+循环泵站+衔接渠道”退水回灌循环系统，即在原排水四级沟或四级河尾端增设、增高滚水坝，并在四级沟适当地段建设潜水泵站，将农田退水抽入灌溉系统重新回灌，实现循环利用。该措施能使农田退水中富含的化肥、农药、除草剂等实现再利用，实现“退水不直排、肥水不下河、养分再利用”。

4.5 实施水系控导工程，推进区域片区化整治

通过控导工程建设、河道整治、控源截污，实现连点成线、由线及面的片区一体化水环境整治，片区内地表水再回田灌溉，尽最大可能不影响骨干河道。一是控制内河水位，通过控导闸、橡胶坝、溢流堰、节制闸以及自动化控制系统，将整治区域内高水位控制在2.2～2.4m，而区域外骨干河道水位保持2.40～2.50m以上。控导工程的实施，在保证安全的前提下，内河水一般不流入骨干河道，内河汛期排水受到管制。将骨干河道上的灌溉站点移至内河，在灌溉季节农田退水、域内老集镇雨污尚未彻底分流的污水以及分散农户排放的污水均可得到资源化利用。二是实施水系连通，通过拆除坝头坝埂、扩大涵洞直径、降低涵洞底高程、拆坝建桥和清淤疏浚等措施，打通原水系沟通中的断点、阻点，确保水系连通，增加水动力，提高河道水环境容量和水体自然净化的能力，使水质进一步得到改善。

目前该县选取三条骨干河道围成的255km2区域进行区域整治。区域内一级河道共2条（段），总长度为36.22km；二级河道共3条（段），总长度为46.56km；三级河道共63条（段），总长度为232.24km；四级河道共429条（段），总长度为346.49km。片区化整治实施后内河水随意排放得到控制，外围骨干河道水质必定得到改善。

4.6 减少农药化肥使用量，实现绿色科学种田

依据“增产施肥、经济施肥、环保施肥”理念，通过测土配方施肥，合理制定作物单位面积施肥限量标准，遏制盲目施肥和过量施肥行为。同时推进合作社种田模式，向农民提供统测、统配、统供、统施“四统一”服务，减少化肥使用量。应用农业防治、生物防治、物理防治等绿色防控技术，创建有利于作物生长、天敌保护而不利于病虫害发生的环境条件，预防控制病虫发生，从而达到少用药的目的。大力推广应用生物农药、高效低毒低残留农药，替代高毒高残留农药。根据病虫监测预报，坚持达标防治，适期用药。该县已制定《xx市2021年化肥减量增效技术方案》。

4.7 加大畜禽粪便还田监管，杜绝借机趁汛排放

《畜禽规模养殖污染防治条例》要求种养平衡、以种定养，建设与养殖匹配的贮存设施。但受麦种后期施肥的限制，夏收前养殖户无法消除积存的粪污，夏收后许多养殖户立即向田间大量排放粪污，污染物大多随汛期排入河道。因此农业部门需加大粪污还田监管，监督养殖户制定粪污还田计划，核查暴雨前后粪污变化量，督促粪污分期分批随灌溉用水施肥，粪污尽可能秋收后利用。

4.8 加快土地流转，向种田大户集中

大户种植或合作社是破解水稻种植面源污染的重要措施之一。集中种植单位（户）有条件对作物和地质实施统测、统配、统供、统施；大户配有大型机械，可实现深耕，农药大面积喷洒采用无人机作业，添加飞防助剂，每亩用稀释药2公斤，而人工打药，每亩用药至少15公斤。因此推广大规模统一种植，能最大限度减少农药施用量[3]。

5 结语

汛期水质恶化攸关生态环境安全和全年水质达标，农田退水污染是水环境治理的深层次矛盾和问题，污染源于秸秆还田腐烂和化肥施用释放。因此治理应从两方面入手，涉及水利、农业、生态环境等众多地方政府部门，各部门需共同发力联合推进。汛期污染防治基础性治理设施等应列入年初基础设施规划，执行情况列为深入打好碧水保卫战的考核内容。对散户农民要加大宣传力度、转变传统种田模式，村级倡导成立种田协会，统一灌溉、统一施肥、统一除虫，从而达到节约用水，减少排水排污。