我國農業面源污染的管理與治理

程全國, 張書源

(沈陽大學 區域污染環境生態修復重點實驗室, 遼寧 沈陽　110044)

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我國農業面源污染的管理與治理

程全國, 張書源

(沈陽大學 區域污染環境生態修復重點實驗室, 遼寧 沈陽110044)

摘要:對我國的農業面源污染現狀從化肥污染、農藥污染、畜禽養殖污染、農村生活垃圾與生活污染幾個方面進行闡述,從管理角度與治理技術方面進行原因分析,對我國農業面源污染治理從管理角度與技術措施兩個方面給出改進建議。

關鍵詞:農業; 面源污染; 管理; 治理技術; 農藥污染

農業面源污染廣義上來說就是在農業生產、生活過程中產生的生活垃圾、廢棄物、家禽家畜糞便,以及化學加工劑的濫用導致的周邊農業生態環境的污染[1];狹義上來說就是上述污染物對于周邊水體的污染。污染物沒有經過處理的隨意排放,影響農田生態環境的固體污染或液體污染物,通過降雨、降雪等形式以地表徑流、農田排水或地下淋溶等方式排入到各水域,直接導致周邊水體受到污染。污染物是以氮磷為主的化合物[2]。不同于工業污染等其他方面污染,農業面源污染具有很大的隨機性、不確定性、分布廣泛性、隱蔽性與潛伏性等特點,監測與治理難度很大[3]。針對農業面源污染,如何進行合理管理和有效控制,是當前環境保護的重要任務。

一、 我國農業面源污染現狀

1. 化肥污染

我國的化肥生產與化肥使用量都居世界第一。2012年,全年氮肥與磷肥使用量分別為6 383.7萬噸和1 980.5萬噸,遠遠高于其他國家[4]。世界衛生組織對于作物化肥的用量規定上限為255 kg/hm2,而我國目前的化肥用量已經達到400 kg/hm2。農藥中鉀肥利用率40%～60%,氮肥利用率30%～40%,磷肥利用率為10%～15%[5],其中氮肥施用量的60%～70%是不能被作物吸收的,大多數以氣態擴散到了大氣里,或經過降水、地表徑流和土壤滲濾等作用進入到水環境中[6],引發“從水體到大氣”的全方位立體污染,造成湖泊、水庫等水域的富營養化、土壤理化性狀改變(土壤板結、鹽堿化、酸化、有機質含量偏低等)、農產品中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量超標嚴重。不僅直接影響農作物的產量和質量,同時也增加了作物的生產成本。

2. 農藥污染

目前我國每年的農藥生產總量已達110萬噸,平均施用量2.33 kg/hm2,且用量水平與區域社會經濟發達程度和農業生產水平成正相關。其中,浙江省最高為9.96 kg/hm2,內蒙古最低為0.36 kg/hm[4]。研究表明,我國每年消耗的超過30萬噸農藥中,只有不到1%被有效利用,剩余的則流失到土壤、水體和空氣中;向植物噴灑農藥時,作用到植物體上的不足20%,而直接排入環境的比例高達80%以上。農藥在施用過程中可以隨地表徑流或農業灌溉水流入水體,大氣的殘留農藥可以隨雨、雪等天然降水進入水體,清洗農作物時農藥殘留經沖刷進入水體,所以導致水污染的渠道是很多的。

3. 畜禽養殖污染

近年來,我國養殖業發展迅猛,各地出現了很多大型的集中化養殖中心,雖然有利于養殖業的集聚,但也給周邊環境帶來了很大壓力。根據有關數據統計,現在我國每年產生的畜禽糞便污染物約55億噸,是工業有機污染物的4.6倍,到2020年前后,這一數字會增長到每年100億噸左右。養殖污染物不但會產生污水糞便等類型的垃圾,還有大量的磷、氮等物質與致病細菌擴散到大氣中,嚴重危害環境安全[4]。這些污染物產生量巨大,集中處理難度高,目前只有少部分養殖場從國外引入沼氣發酵設備進行厭氧發酵處理,大部分禽畜養殖場均沒有采取任何處理,基本上是屬于直接排放,對周邊的河流、湖泊等水體造成嚴重污染。

4. 農村生活垃圾與生活污水污染

農村中的生活類垃圾主要由塑料袋、建筑垃圾、電子垃圾、建筑垃圾等組成。這類垃圾成分復雜,有些具有一定的毒性,難以回收且不能降解,基本上都沒有經過垃圾處理直接堆放在環境中,不但需要占用大量的農業用地資源,還會污染地表水與地下水導致生態環境危機。

農村污水主要來源為廚房、浴室和廁所用水,這些污水沒有經過處理,直接排放或者進入化糞池后自然溢出。根據我國的2012年的統計數據,當年農村生活污水的排放量約為1 200萬噸[7],排放量已經遠遠大于工業污水。盡管近年來加強了對于農村生活污水處理的投資與建設,但是不論是投入數量還是處理質量都還不盡如人意。

二、 我國農業面源污染成因

1. 管理因素

(1) 土地經營規模細碎化。我國很多地區由于農業耕地細碎化無法進行大型機械化作業,需要通過科學的田間管理方法來對農業污染進行有效的控制。在土地細碎化地區,可用耕地數量少,農戶往往都十分重視各種細碎土地的利用以增加耕種面積,大量的山坡、水岸、灘涂區域都被農戶進行開墾種植。但是這些區域對于農藥的截留效率比一般耕地要高許多。根據調查,氮元素在岸邊植被帶的截留率為89%,而在農田的截留率僅為8%。截留率的上升造成大量化肥、農藥殘留在細碎農田中,所以此類地區的環境更容易受到農藥污染的侵害[8]。

(2) 農民環保意識不足。在短時間內改變農民的生活習慣,提高環保意識和接受節能減排思想較為困難。例如,我國農戶對化肥的使用明顯有 “三輕三重”的問題,即投入輕、有機肥料輕、鉀肥輕,重產出、無機肥料重、氮磷肥重。為了提高產量,有些農戶在種植過程中違規使用違禁農藥,將農藥的容器與噴灑器具直接用水清洗、排放,導致當地的土壤、地下水、地表水受到污染。一些基層政府對于農業面源污染與環境破壞問題不夠重視,一味追求短期經濟效益,忽視環境可持續發展。

(3) 農戶勞動力投入不足。農村地區經濟發展相對落后,整個農業產業的構架還是屬于勞動力密集型,大部分地區的農業耕種都是采用粗放方式進行的,農業耕作產出比率低,投入產出周期長。我國現階段大量的農村勞動力外出務工,雖然可以短期內增加農戶的經濟收入,但在整體農業發展水平不高的情況下,勞動力的外流,使原有的農業產業更加疏于管理。我國太湖流域蘇南地區出現了很多 “老少農業”“早晚農業”與“周末農業”等現象,就是農村勞動力向城鎮涌入導致農村地區農業勞動力不足的結果。原本的農業耕種生產投入力度下降,原有的合理操作程序與方法被廢棄,加大了對于化肥農藥等節省勞動力的農業方式的依賴,增加了化肥農藥的用量。而且由于農戶疏于農田建設,田埂漏水嚴重,不僅造成水資源的浪費,同時也加大了化肥的流失量。

2. 技術因素

(1) 環境治理技術尚顯滯后。目前我國在環境污染治理方面的技術能力與治理水平不論是在水污染治理、空氣污染治理,還是土地污染治理上,均趨落后狀態。在污染治理方面依然使用氧化溝、生物濾池、活性污泥法、物理化學凈化、土壤生物凈化等相對落后的生產工藝。成熟技術普及率低、效率低、投入大、運用成本高、見效慢的缺點依然沒有改善。例如,氯類農藥和塑料薄膜技術還沒有可普及的降解方法。

(2) 無公害植保技術滯后。 根據聯合國世界糧食及農業組織公布的資料顯示, 病蟲害每年會對農業產量造成二至三成的損失, 因為病蟲害所導致的農作物減產的直接經濟損失每年高達1 200億美元, 而化肥對于農業作物的產量有著40%～60%的促進作用。 所以當下尋找一個既能解決農作物病蟲害防治, 又對環境友好的化學農藥和化肥的替代技術成為了首要問題。 雖然我國在農業領域近年來的研究取得了一定的成果, 但是距離大面積推廣使用還有很長的路要走, 在尋找經濟性、安全性、有效性、環保性的化肥農藥代替品方面還需要加大研究力度。 在種子的耐病抗蟲的選育方面的研究、在新興生物肥料生產成本控制方面的研究等, 都需要政府加大投入力度。

三、 針對我國農業面源污染問題的管理措施

1. 對高氮類化肥與殺蟲劑征收使用稅

通過稅收調節,增加此類高污染產品的流通使用成本,同時引導生產企業進行轉型,增加對低毒性高效環保型生物農藥的生產補貼,鼓勵養殖場對禽畜糞便進行無害化處理并給予一定的經濟補貼,逐步建立生態與發展相平衡的發展機制。

2. 從宏觀層面做好市、區、鎮(鄉)環境保護規劃

將農業面源污染防治作為當地制定環境保護和產業發展規劃的重要內容,推動產業結構調整,治理農業面源污染,加快編制畜禽養殖污染防治具體規劃和農村生活垃圾、污水治理專項規劃,確保畜禽糞污、農村生活垃圾和污水處理率達到較高水平。

3. 加強對于農村的環境生態問題關注度

對農業生產體系進行有效的監管,鼓勵企業生產環保性產品,在全國各地區建立健全有效的農產品檢測中心與區域環境監測體系,政府多部門分工協作,對農業污染事故進行及時監測,確保對事故的有效控制。

4. 鼓勵農業養殖戶生產方式轉變

依據科學規范的養殖方法對養殖的密度和養殖場的布局進行合理規劃,增加禽畜糞污、農村生活垃圾和污水處理設施建設。推廣沼氣利用技術,解決畜禽糞便污染,并獲得生物能源。

5. 構建“農業面源污染控制最佳管理措施(BMPS)體系”

BMPS體系包括任何能夠減少或預防水資源污染的方法、措施和操作程序,由工程措施和管理措施兩部分組成[5]。包括從農業生產源頭減少農業生產活動對環境風險的控制和在水流入河前采取的一系列工程措施,最大程度地減少徑流污染物入河流的末端治理。

6. 健全針對農業污染方面的立法和規章制度

基于共同負擔、生態補償為主經濟刺激為輔的原則進行立法[9]。從法律層面上確立一種可以遵循的循環利用的清潔發展模式,提高農業面源污染治理的法律地位。在國家立法層面制定一部綜合性的農業面源污染防治法,在地方層面制定符合實際需要的地方性法規。在制定相關法律法規的同時要考慮到可操作性,明確法律主體、法律責任和主管部門,鼓勵民眾參與農業面源污染的治理活動。

7. 加大農業面源污染防治宣傳力度

對于農業生產生活對環境所造成的影響需要從環保知識、生產技術、相關法律法規和環保項目開發信息等幾個方面同時增加宣傳力度。使農民意識到農村面源污染主要是由不當的生產和生活方式造成的,這種行為給環境造成了無法估量的損失。通過宣傳推動廣大農民自覺改變落后的生產生活方式,在提高其勞動效率與增加勞動成果的同時改善環境。做好清潔生產方式的普及與推廣,加強相關農業環保配套企業與設施加強建設,使環保教育能夠在整個農村普及。

四、 適合我國農業面源污染的治理技術

1. 農村小規模生活污水治理技術

結合農村的地域性,根據政府財政能力等系統考慮,著重于加工技術的成熟和經濟實用性,采用低成本運作、管理維護容易便捷的加工技術。以人工濕地系統(Constructed Wetlands)為例,通過模仿自然界中的水底動物植物生態系統功能,進行合理重組,結合生態系統中的化學、物理、生物的相互作用進行污水處理。系統的培育環境是在預定長度和寬度比例協調的底部坑中,由淤泥和自然填充物累積混合的填料床,生活污水在此填料床間隙中穿梭形成潛流式濕地或在填料床表層流動表層濕地。使用人工濕地系統處理污水,適用于大中小各種規模,建設成本低,設備簡單,方便操作運行和維護。需要材料(泥沙,碎石,土壤等)可就地取材,系統建設因地制宜,污水進出不需要耗費外在動力,自然流入,成本低廉。此系統占地面積較大,可利用當地廢棄的池塘、沼澤地等區域進行建設。

2. 農業廢棄物處理技術

農村首要的固體廢棄物是農作物秸稈和畜禽養殖廢棄物。農作物秸稈在過去以燃燒為主,產生大量煙塵。在政府的積極倡導和監督下,除將秸稈還田外,還可將其打捆收集制造建筑材料。畜禽糞便是農業面源污染必須解決的間題,人畜排泄物能夠通過一系列轉化進行資源化利用。排泄物的固體部分通過發酵池的發酵能夠提供優質的有機肥料,使用有機肥料可以使土地更加肥沃。而排泄物的液體部分能夠運用厭氧發酵技術產生沼氣提供能源,或者直接對其進行凈化處理返回水體[10]。

3. 測土配方施肥減量化技術

在耕種施肥前先對土壤的肥力進行分析,針對不同肥力的土地使用不同的配方進行施肥,減少氮肥、磷肥的浪費,降低生產成本,最大限度地控制對土地與作物的污染。積極推廣有機肥料、復合肥料、生物肥料的使用,讓肥料的使用更加趨于高效化和專業化,推廣人畜排泄物與秸稈還田技術,改善土壤肥力,減少大氣污染。

4. 農藥減量化與殘留控制技術

最近幾年,針對水稻螟蟲等重大病蟲害,聯合開展的化學農藥污染控制技術研究,削減了水稻試驗區30%的農藥用量,獲得了不錯的效果。傳統農藥由于其穩定性很難降解,長期滯留于水與土壤中對環境產生危害。隨著生物基因工程的發展,一些學者試圖通過高效的工程細菌對農藥進行降解,將高效的降解農藥酶的基因轉移到載體,經過培養獲得高效降解農藥的工程菌,然后用培養的菌種消化農藥使農藥殘留問題得以徹底解決。

5. 無農藥栽培技術

無農藥的作物培養技術日益受到關注,該技術已經具備在作物的生長期間無需使用任何農藥類物品也能夠防治病蟲害的能力。進行無農藥培育時,必須慎重選擇合適的實驗田,根據當地的情況,盡量選擇發生病蟲害較少的地區,并將土壤中存在的病原微生物、害蟲及其卵子等消滅掉。通常采用太陽能消毒法,達到更好的殺蟲消毒效果。無農藥作物培養技術所選種子必須是沒有被病原微生物及蟲卵等侵染過的健康的種子,是抗病抗蟲的優良種子。在某些必要情況下,為了保證種子能夠茁壯發育成長,也會對種子使用溫水浸泡來消毒。

肥料的選擇也很重要,肥料使用不當也會引發病蟲害。相對較安全的肥料如豆餅、菜籽粕等可以放心使用,此類肥料都做過加溫、擠壓處理,安全可靠。樹葉、秸稈、人畜糞便等肥料則必須經過6個月到12個月的堆積發酵,將其中的病原、害蟲及其卵子消滅后才能使用。

在育苗成長期間,還將繼續采用防病防蟲的措施。使用塑料薄膜覆蓋植物,利用大棚阻隔害蟲,不但能防蟲、防蟲媒傳播性病害,還能防凍,維持植物成長;采用防蟲紗網,起到隔離效果和降溫作用,能更好地促進育苗的生長;采取適當的避雨措施,防止雨水傳播帶來的危害;采用混植殺蟲植物,利用動植物與生俱來的特質達到殺蟲防病的目的。

參考文獻:

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[ 2 ] 牟新利,任江林,劉瑞民. 農業面源污染最佳管理措施評價研究[J]. 湖北農業科學, 2013(17):4073-4076.

[ 3 ] 楊林章,馮彥房,施衛明,等. 我國農業面源污染治理技術研究進展[J]. 中國生態農業學報, 2013(1):96-101.

[ 4 ] 李冠杰,鄭雅莉,胡明,等. 基于環境需求視角的農業面源污染防治對策[J]. 農村經濟與科技, 2014(11):6-9.

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[ 7 ] 李冠杰,鄭雅莉,范彬. 農業面源污染對水環境的影響及其防治[J]. 中國集體經濟, 2015 (1):6-8.

[ 8 ] 李海鵬. 中國農業面源污染的經濟分析與政策研究[D]. 武漢:華中農業大學, 2007.

[ 9 ] 王宏旭. 我國農業面源污染防治法律制度研究[D]. 石家莊:石家莊經濟學院, 2012.

[10] 趙燕,張波,徐娣,等. 農業面源污染類型及治理技術[J]. 現代農業科技, 2015(10):220-245.

【責任編輯孫立】

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

中圖分類號:X 324

文獻標志碼:A

文章編號:2095-5464(2016)02-0172-04

作者簡介:程全國(1966-),男,遼寧鞍山人,沈陽大學教授,博士生導師。

基金項目:國家科技重大專項課題子任務(2012ZX07505-002)。

收稿日期:2016-01-09