汛期農(nóng)田退水對(duì)水環(huán)境的污染分析及其應(yīng)對(duì)措施
——以蘇中某農(nóng)業(yè)大縣實(shí)調(diào)為例

李益群，王 珂

（南通市如皋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，江蘇 如皋 226500）

長(zhǎng)江流域汛期一般在每年的5～10月，其中梅雨期5～7月。在此時(shí)期，降水顯著增加，大量隨徑流入河，各類污染物也隨之進(jìn)入水體，水環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重下滑。其中，農(nóng)田退水污染影響最大。蘇中某沿江農(nóng)業(yè)大縣（以下簡(jiǎn)稱蘇中某縣）臨江近海，境內(nèi)水網(wǎng)密布，河道縱橫，每年汛期正好與農(nóng)業(yè)麥?zhǔn)蘸退痉N植重疊，短期對(duì)水體環(huán)境的沖擊負(fù)荷明顯。積極有效應(yīng)對(duì)汛期農(nóng)田退水污染，使區(qū)域水環(huán)境少受汛期影響，平衡度過(guò)汛期，已成為地方政府、生態(tài)環(huán)境部門和廣大百姓謀劃和關(guān)心的重點(diǎn)。汛期涉及區(qū)域廣，蘇中某縣具有一定代表性。本文以蘇中某沿江農(nóng)業(yè)大縣作為樣本，系統(tǒng)分析汛期農(nóng)田退水情形、退水量、農(nóng)藥化肥用量及排放量、汛期內(nèi)河水質(zhì)變化趨勢(shì)，并針對(duì)以上因素提出了防止和減緩汛期水質(zhì)下滑的對(duì)策措施。

1 汛期農(nóng)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節(jié)和臺(tái)風(fēng)等極端氣象條件時(shí)，該過(guò)程雨量充沛，雨水大都徑流入河。2021年，蘇中某縣6月18日人梅，7月11日出梅，歷時(shí)28天。全縣16個(gè)降水觀察站降水范圍146.3～355.7mm，均值267.25mm。該縣水稻種植面積約63.24萬(wàn)畝，計(jì)421.6平方公里。通過(guò)對(duì)各板塊水稻種植量和降水量的加權(quán)計(jì)算，該市水稻田梅雨期總降水1.117億立方米，由于梅雨期地下水位很高，降水垂直徑流量較少，同時(shí)考慮梅雨期連續(xù)晴天天數(shù)，降水僅有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為4.846×107m3。

1.2 耕種作業(yè)排水

（1）平田退水。因耕作需求，麥?zhǔn)蘸筇镩g需先灌水浸泡秸稈四天，目的是泡軟秸稈、泡透土壤耕作層，以便于秸稈浸潤(rùn)下沉附著在土上，利于耕種還田。因田地不平整，為確保所有秸稈得到浸泡，基本是大水漫灌，一般水深達(dá)10cm左右。浸泡后進(jìn)入犁耕、機(jī)磨平整和插秧作業(yè)工序，該作業(yè)過(guò)程須嚴(yán)格控制水層在1～2cm，水層過(guò)高浮草增多，同時(shí)插秧易漂秧、倒秧，因此，作業(yè)時(shí)須將多余的水外排，一般平均排水約5cm，全縣稻田排水2.108×107m3。

（2）防燒苗排水。小麥、水稻秸稈碳氮比高達(dá)100∶1，泡田水中碳氮比也較高，遠(yuǎn)超腐生菌繁殖生長(zhǎng)要求的25∶1，泡田水在高溫快速腐爛過(guò)程中，腐生菌搶用土壤環(huán)境中的氮，造成秧苗缺氮發(fā)黃死亡，只有排放泡田水才能解決燒苗問(wèn)題。防燒苗也是排水的主因之一，該排水過(guò)程基本涵蓋在降水退水和耕種退水內(nèi)。

（3）擱田排水。擱田就是在水稻分蘗初期排水曬田，目的是有效控制無(wú)效分蘗，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，增強(qiáng)根系活力，有利于后期的養(yǎng)分吸收和抗倒伏能力，擱田大約在7月底。在天氣連續(xù)晴天狀況下，擱田可通過(guò)自然蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)，但2021年恰逢“煙花”臺(tái)風(fēng)連續(xù)降水，田間蓄水較多，需人為排放。根據(jù)實(shí)際調(diào)研擱田期排水約5cm，全縣稻田排水2.108×107m3。

2 農(nóng)田退水污染源強(qiáng)分析

2.1 秸稈污染源強(qiáng)分析

夏收后溫度逐漸抬升到25℃以上，秸稈腐爛期短，污染物釋放較快。根據(jù)檢索，小麥秸稈中的磷含量為0.02～2.34g/kg，平均值為0.613g/kg，每畝田夏收產(chǎn)生秸稈約0.4噸，腐爛后釋放總磷約245克/畝。本單位對(duì)秸稈浸泡污染物釋放進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，在秸稈與水質(zhì)量比為8.3%的浸泡比下，5天后浸泡水總磷濃度在10～16mg/L之間波動(dòng)。耕種時(shí)秸稈與浸泡水比為0.6%，考慮田間微生物的作用，秸稈浸泡釋放總磷的貢獻(xiàn)為1～2 mg/L。

2.2 農(nóng)藥化肥污染源分析

（1）農(nóng)藥化肥使用情況調(diào)查。當(dāng)前我國(guó)農(nóng)藥化肥施用存在的主要問(wèn)題是畝均用量偏高，是美國(guó)的2.6倍，歐盟的2.5倍[1]。過(guò)量施用的大部分化肥農(nóng)藥通過(guò)徑流污染土壤、水環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重破壞了土壤微生物生態(tài)鏈，使土壤失去活性功能成為死土，更嚴(yán)重的是對(duì)水體造成嚴(yán)重污染。對(duì)該縣2021年10000畝水稻種植期農(nóng)藥、化肥具體使用量、使用過(guò)程進(jìn)行了調(diào)查。化肥使用期為6月初～8月初，歷經(jīng)65天左右，品種為復(fù)合肥和尿素，使用量為55公斤/畝，計(jì)825公斤/公頃，僅夏種就超出國(guó)際警戒用量225公斤/公頃2.67倍。2021年水稻大量倒伏與化肥施用過(guò)多不無(wú)關(guān)系。農(nóng)藥使用期為6月初～9月下旬，歷經(jīng)110天左右，品種多達(dá)10種，見(jiàn)表1、表2。

表1 蘇中某縣2021年水稻種植季化肥具體使用時(shí)期使用量調(diào)查表

表2 蘇中某縣2021年水稻種植季農(nóng)藥具體使用時(shí)期使用量調(diào)查表

（2）農(nóng)藥化肥污染物排放分析。蘇中某縣水稻種植面積63.24萬(wàn)畝，化肥使用共計(jì)34782噸，其中復(fù)合肥使用量22134噸，尿素使用12648噸，化肥中特征污染物主要為氮、磷，總氮含量10645.4噸，總磷含量4897.2噸。農(nóng)藥使用共計(jì)360.5噸，農(nóng)藥中特征污染物以氮為主，其中氮含量占比14.5%，計(jì)52.403噸，其次為氟、氯、硫、溴。根據(jù)農(nóng)業(yè)部制定的《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》和《到2020年農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，到2020年，主要農(nóng)作物肥料和農(nóng)藥利用率達(dá)到40%以上。根據(jù)對(duì)農(nóng)業(yè)部門和種田大戶的調(diào)查，2021年農(nóng)藥化肥用量與2020年變化甚微，根據(jù)該行動(dòng)方案，該區(qū)域具體使用和外排統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)表3、表4。

（3）農(nóng)田退水污染狀況。通過(guò)對(duì)2021年整個(gè)水稻種植期農(nóng)田退水的調(diào)查分析，農(nóng)田退水污染強(qiáng)度耕種期最強(qiáng)，受降水量影響種植前期氮磷排放濃度相對(duì)中后期低，中后期基本平穩(wěn)，但受降水量及施肥時(shí)間的不定性退水污染物強(qiáng)度規(guī)律性不明顯。擱田排放水強(qiáng)度反彈，具體特點(diǎn)如下：

1）浸泡施肥退水。污染主要源于基肥釋放和秸稈浸泡腐爛，秸稈浸泡4天耕種前需人為排水，該階段為全區(qū)域短期集中排水，排水水質(zhì)呈暗紅色，此時(shí)段內(nèi)河水質(zhì)差，地表水亦呈微紅色，最易發(fā)生死魚(yú)事件。對(duì)該階段三塊大田退水進(jìn)行了監(jiān)測(cè)：CODcr均值232mg/L、最高達(dá)352mg/L，TP均值2.9mg/L、最高達(dá)8.44mg/L，NH3-N均值11.91mg/L、最高達(dá)17.5mg/L。該縣所有稻田浸泡短期排水2.108×107m3，CODcr排放4890.56噸、TP排放61.98噸、NH3-N排放251.06噸。

2）種植期退水。退水主要以降水為主，排水污染濃度受降水量波動(dòng)較大。整個(gè)種植階段退水CODcr均值65.4mg/L，波幅為25～120mg/L；TP均值1.97mg/L，波幅為0.234～8.44mg/L；NH3-N均值11.45mg/L，波幅為0.882～91.6mg/L。該縣所有稻田種植排水4.846×107m3，CODcr排放3169.28噸、TP排放95.68噸、NH3-N排放554.76噸。

3）閣田退水。閣田一般在7月底需將田間水全排盡，排水濃度CODcr22mg/L、NH3-N6.28mg/L、TP3.08mg/L。其中TP濃度較高與梅雨期后秸稈腐爛、化肥釋放及相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間未排水有關(guān)。全縣排水2.108×107m3，CODcr排放463.76噸、NH3-N排放132.38噸、TP排放64.93噸。

3 農(nóng)田退水對(duì)水環(huán)境的影響

選取直接受面源農(nóng)田退水污染的六條河流進(jìn)行長(zhǎng)期TP等因子監(jiān)測(cè)，本地區(qū)定標(biāo)因子為總磷，分析汛期前后河流水質(zhì)TP變化趨勢(shì)，見(jiàn)圖1。

圖1的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，自本地6月初夏收后內(nèi)河水質(zhì)呈斷崖式下降，6條內(nèi)河水質(zhì)從5月底的均Ⅳ類下降至6月初的均Ⅴ類，到6月下旬全面惡化至劣Ⅴ類。水質(zhì)下降時(shí)間與6月12日左右的秸稈浸泡和基肥施用人為排水以及6月18日入梅時(shí)間相吻合。部分河段水質(zhì)5月下旬惡化與麥子倒伏秸稈腐爛有關(guān)。水稻種植后地表水污染不斷加重，到7月11日出梅多數(shù)河流TP污染呈上升趨勢(shì)，至8月中旬水質(zhì)才略微好轉(zhuǎn)大多數(shù)河流轉(zhuǎn)為Ⅴ類。9月份個(gè)別河段水質(zhì)異常超標(biāo)與河邊秸稈大量堆積腐爛有關(guān)。

表3 蘇中某縣2021年水稻種植期間化肥使用量及外排量匯總表

表4 2021年水稻種植期間農(nóng)藥使用量及外排量匯總表

圖1 汛期內(nèi)河水質(zhì)總磷變化趨勢(shì)圖

4 汛期水環(huán)境改善的對(duì)策建議

4.1 推廣機(jī)械深耕，降低表層秸稈含量[2]

采用雙鏵犁、圓盤犁等生態(tài)型犁耕深翻還田作業(yè)，將秸稈直接犁耕深翻到土壤中，一般作業(yè)耕深大于22厘米，秸稈覆蓋率80%。深耕能將秸稈深埋到地下，加速秸稈的腐化速度，相對(duì)單位體積土壤中小麥秸稈含量比小型機(jī)械耕翻淺的秸稈含量低得多。深耕田浸泡水中的碳氮比小，可降低浸泡水因缺氮燒苗的影響，從而減少退水排放量。

4.2 控制泡水水位，減少人為退水量

一是通過(guò)氣象預(yù)報(bào)，利用降水泡田，不用灌溉增加田間水量。二是通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)泡水時(shí)間，達(dá)到秸稈泡軟、土壤泡透目的即可。三是加大麥田耕種的平整度，降低泡田水量。四是田間調(diào)劑，將退水排入未耕種的田地，進(jìn)行二次利用。

4.3 推廣秸稈離田，減少秸稈浸泡污染

秸稈浸泡產(chǎn)生大量腐殖質(zhì)污染物，為減少污染物對(duì)地表水和地下水的影響，應(yīng)適當(dāng)推進(jìn)秸稈離田，特別在河道一定范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)立秸稈離田、嚴(yán)堆管控區(qū)。今年該縣在骨干河道兩側(cè)1公里范圍內(nèi)設(shè)立了生態(tài)緩沖帶，秸稈打捆離田，嚴(yán)禁堆放，2021年該縣夏收秸稈離田37372畝，占比5.9%。離田秸稈送生物發(fā)電廠綜合利用。

4.4 建設(shè)田頭退水回灌系統(tǒng)，推動(dòng)循環(huán)使用

在農(nóng)田周邊排水渠構(gòu)建“控制涵閘+循環(huán)泵站+銜接渠道”退水回灌循環(huán)系統(tǒng)，即在原排水四級(jí)溝或四級(jí)河尾端增設(shè)、增高滾水壩，并在四級(jí)溝適當(dāng)?shù)囟谓ㄔO(shè)潛水泵站，將農(nóng)田退水抽入灌溉系統(tǒng)重新回灌，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。該措施能使農(nóng)田退水中富含的化肥、農(nóng)藥、除草劑等實(shí)現(xiàn)再利用，實(shí)現(xiàn)“退水不直排、肥水不下河、養(yǎng)分再利用”。

4.5 實(shí)施水系控導(dǎo)工程，推進(jìn)區(qū)域片區(qū)化整治

通過(guò)控導(dǎo)工程建設(shè)、河道整治、控源截污，實(shí)現(xiàn)連點(diǎn)成線、由線及面的片區(qū)一體化水環(huán)境整治，片區(qū)內(nèi)地表水再回田灌溉，盡最大可能不影響骨干河道。一是控制內(nèi)河水位，通過(guò)控導(dǎo)閘、橡膠壩、溢流堰、節(jié)制閘以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)，將整治區(qū)域內(nèi)高水位控制在2.2～2.4m，而區(qū)域外骨干河道水位保持2.40～2.50m以上?？貙?dǎo)工程的實(shí)施，在保證安全的前提下，內(nèi)河水一般不流入骨干河道，內(nèi)河汛期排水受到管制。將骨干河道上的灌溉站點(diǎn)移至內(nèi)河，在灌溉季節(jié)農(nóng)田退水、域內(nèi)老集鎮(zhèn)雨污尚未徹底分流的污水以及分散農(nóng)戶排放的污水均可得到資源化利用。二是實(shí)施水系連通，通過(guò)拆除壩頭壩埂、擴(kuò)大涵洞直徑、降低涵洞底高程、拆壩建橋和清淤疏浚等措施，打通原水系溝通中的斷點(diǎn)、阻點(diǎn)，確保水系連通，增加水動(dòng)力，提高河道水環(huán)境容量和水體自然凈化的能力，使水質(zhì)進(jìn)一步得到改善。

目前該縣選取三條骨干河道圍成的255km2區(qū)域進(jìn)行區(qū)域整治。區(qū)域內(nèi)一級(jí)河道共2條（段），總長(zhǎng)度為36.22km；二級(jí)河道共3條（段），總長(zhǎng)度為46.56km；三級(jí)河道共63條（段），總長(zhǎng)度為232.24km；四級(jí)河道共429條（段），總長(zhǎng)度為346.49km。片區(qū)化整治實(shí)施后內(nèi)河水隨意排放得到控制，外圍骨干河道水質(zhì)必定得到改善。

4.6 減少農(nóng)藥化肥使用量，實(shí)現(xiàn)綠色科學(xué)種田

依據(jù)“增產(chǎn)施肥、經(jīng)濟(jì)施肥、環(huán)保施肥”理念，通過(guò)測(cè)土配方施肥，合理制定作物單位面積施肥限量標(biāo)準(zhǔn)，遏制盲目施肥和過(guò)量施肥行為。同時(shí)推進(jìn)合作社種田模式，向農(nóng)民提供統(tǒng)測(cè)、統(tǒng)配、統(tǒng)供、統(tǒng)施“四統(tǒng)一”服務(wù)，減少化肥使用量。應(yīng)用農(nóng)業(yè)防治、生物防治、物理防治等綠色防控技術(shù)，創(chuàng)建有利于作物生長(zhǎng)、天敵保護(hù)而不利于病蟲(chóng)害發(fā)生的環(huán)境條件，預(yù)防控制病蟲(chóng)發(fā)生，從而達(dá)到少用藥的目的。大力推廣應(yīng)用生物農(nóng)藥、高效低毒低殘留農(nóng)藥，替代高毒高殘留農(nóng)藥。根據(jù)病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，堅(jiān)持達(dá)標(biāo)防治，適期用藥。該縣已制定《xx市2021年化肥減量增效技術(shù)方案》。

4.7 加大畜禽糞便還田監(jiān)管，杜絕借機(jī)趁汛排放

《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》要求種養(yǎng)平衡、以種定養(yǎng)，建設(shè)與養(yǎng)殖匹配的貯存設(shè)施。但受麥種后期施肥的限制，夏收前養(yǎng)殖戶無(wú)法消除積存的糞污，夏收后許多養(yǎng)殖戶立即向田間大量排放糞污，污染物大多隨汛期排入河道。因此農(nóng)業(yè)部門需加大糞污還田監(jiān)管，監(jiān)督養(yǎng)殖戶制定糞污還田計(jì)劃，核查暴雨前后糞污變化量，督促糞污分期分批隨灌溉用水施肥，糞污盡可能秋收后利用。

4.8 加快土地流轉(zhuǎn)，向種田大戶集中

大戶種植或合作社是破解水稻種植面源污染的重要措施之一。集中種植單位（戶）有條件對(duì)作物和地質(zhì)實(shí)施統(tǒng)測(cè)、統(tǒng)配、統(tǒng)供、統(tǒng)施；大戶配有大型機(jī)械，可實(shí)現(xiàn)深耕，農(nóng)藥大面積噴灑采用無(wú)人機(jī)作業(yè)，添加飛防助劑，每畝用稀釋藥2公斤，而人工打藥，每畝用藥至少15公斤。因此推廣大規(guī)模統(tǒng)一種植，能最大限度減少農(nóng)藥施用量[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

汛期水質(zhì)惡化攸關(guān)生態(tài)環(huán)境安全和全年水質(zhì)達(dá)標(biāo)，農(nóng)田退水污染是水環(huán)境治理的深層次矛盾和問(wèn)題，污染源于秸稈還田腐爛和化肥施用釋放。因此治理應(yīng)從兩方面入手，涉及水利、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等眾多地方政府部門，各部門需共同發(fā)力聯(lián)合推進(jìn)。汛期污染防治基礎(chǔ)性治理設(shè)施等應(yīng)列入年初基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，執(zhí)行情況列為深入打好碧水保衛(wèi)戰(zhàn)的考核內(nèi)容。對(duì)散戶農(nóng)民要加大宣傳力度、轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)種田模式，村級(jí)倡導(dǎo)成立種田協(xié)會(huì)，統(tǒng)一灌溉、統(tǒng)一施肥、統(tǒng)一除蟲(chóng)，從而達(dá)到節(jié)約用水，減少排水排污。