農(nóng)田氮磷流失量原位監(jiān)測(cè)與治理建議

董欣欣

（沈陽(yáng)市鄉(xiāng)村振興發(fā)展中心/沈陽(yáng)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣培訓(xùn)中心/沈陽(yáng)市農(nóng)業(yè)檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心/沈陽(yáng)市植物保護(hù)中心 遼寧沈陽(yáng) 110034）

農(nóng)田面源污染是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的氮素和磷素等營(yíng)養(yǎng)成分、農(nóng)藥及其他有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物，在降水、 灌溉等沖刷作用下， 通過(guò)農(nóng)田地表徑流、 滲漏等過(guò)程而匯入受納水體（包括河流、湖泊、水庫(kù)和海灣等） 并引起水體富營(yíng)養(yǎng)化或地表和地下水環(huán)境污染[1-5]。 隨著我國(guó)人口的增長(zhǎng)，對(duì)糧食產(chǎn)量的需求也在不斷增大，為了滿足糧食需求和保障農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)田的化肥施肥量不斷增加[6]。 農(nóng)田氮、磷等元素肥料的過(guò)量施入與流失使農(nóng)田面源污染在農(nóng)業(yè)面源污染中的占比逐年增加[7]，發(fā)達(dá)國(guó)家為防止農(nóng)業(yè)面源污染而設(shè)定的化肥施用量為250 kg/hm2的上限[8]，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的表觀利用率只有30%～35%， 高產(chǎn)地區(qū)甚至在30%以下[9]。 土壤對(duì)磷肥有很強(qiáng)的固定作用，磷肥的當(dāng)季利用率只有5%～15%，加上后效低于25%[10]。 農(nóng)田氮磷隨地表徑流進(jìn)入受納水體，或隨地下淋溶進(jìn)入土壤，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和土壤污染等農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題越來(lái)越突出[6]。 第1 次全國(guó)污染源普查公報(bào)顯示，我國(guó)種植業(yè)總氮年流失量為159.78 萬(wàn)t，占農(nóng)業(yè)源的59.08%， 超過(guò)了畜牧養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖總氮流失量之和， 總磷年流失量為10.87 萬(wàn)t，占38.18%[11]，因此，農(nóng)田氮磷的流失已經(jīng)成為天然水體中氮磷含量的重要來(lái)源[12]。

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的廣泛性和普遍性， 加之我國(guó)部分地區(qū)農(nóng)業(yè)集約化程度不高， 治理和控制都相當(dāng)困難。 因此，在有效控制污染源的基礎(chǔ)上, 必須加強(qiáng)農(nóng)田面源污染監(jiān)測(cè)與治理的研究和探索。

1 監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

1.1 監(jiān)測(cè)地點(diǎn)

（1） 沈陽(yáng)市于洪區(qū)造化鄉(xiāng)高力村監(jiān)測(cè)點(diǎn)J1（41.793743°N、123.308136°E）， 在設(shè)施蔬菜地設(shè)置地下淋溶原位監(jiān)測(cè)小區(qū)，每年種植2 季，2021 年第1 季種植番茄， 第2 季種植菜花；2022 年第1 季種植番茄，第2 季種植白菜。 蔬菜播種管理措施，如整地、施肥、播種、灌溉等同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一致。

（2）沈陽(yáng)市于洪區(qū)光輝鄉(xiāng)雙樹(shù)村長(zhǎng)青葡萄園監(jiān)測(cè)點(diǎn)J2（41.9986°N、123.2267°E），在設(shè)施葡萄園地設(shè)置地下淋溶原位監(jiān)測(cè)小區(qū)，2021 年、2022 年種植作物均為葡萄。 葡萄栽種管理措施，如施肥、除草、灌溉等同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一致。

（3）沈陽(yáng)市渾南區(qū)設(shè)施果蔬科技示范園監(jiān)測(cè)點(diǎn)J3（41.6994°N、123.5319°E），在設(shè)施果蔬地設(shè)置地下淋溶原位監(jiān)測(cè)小區(qū)，每年種植2 季，2021 年第1 季種植番茄、黃瓜，第2 季種植茄子；2022 年第1 季種植黃瓜、瓜類，第2 季種植番茄。 果蔬播種管理措施，如整地、施肥、播種、灌溉等同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一致。

（4）沈陽(yáng)市遼中區(qū)社甲村監(jiān)測(cè)點(diǎn)J4（41.6904°N、122.7492°E ），在設(shè)施蔬菜地設(shè)置地下淋溶原位監(jiān)測(cè)小區(qū)， 每年種植2 季，2021 年第1 季種植黃瓜，第2 季種植番茄；2022 年第1 季種植蕓豆，第2 季栽種藍(lán)莓。 果蔬播種管理措施，如整地、施肥、播種、灌溉等同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一致。

（5）沈陽(yáng)市沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)岳士村監(jiān)測(cè)點(diǎn)J5（41.8636°N、123.4160°E），旱田設(shè)置地表徑流原位監(jiān)測(cè)小區(qū)，2021 年、2022 年種植作物均為玉米。 玉米播種管理措施，如整地、施肥、播種、中耕除草、病蟲(chóng)害防治等同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一致。

（6）沈陽(yáng)市新民市興隆堡鎮(zhèn)興隆堡村監(jiān)測(cè)點(diǎn)J6（41.9084°N、123.0580°E），旱田設(shè)置地表徑流原位監(jiān)測(cè)小區(qū)，2021 年、2022 年種植作物均為玉米。 玉米播種管理措施，如整地、施肥、播種、中耕除草、病蟲(chóng)害防治等同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一致。

1.2 監(jiān)測(cè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021 年、2022 年連續(xù)2 年， 根據(jù)農(nóng)業(yè)面源污染類型及不同的種植模式， 同時(shí)依據(jù)以下4 項(xiàng)原則，①典型性：試驗(yàn)地塊應(yīng)位于糧食、蔬菜、園藝等作物主產(chǎn)區(qū)；②代表性：試驗(yàn)地塊的地形、土壤類型、肥力水平、耕作方式、灌排條件、種植方式等具有較強(qiáng)的代表性；③長(zhǎng)期性：試驗(yàn)地塊應(yīng)盡可能位于試驗(yàn)站、農(nóng)場(chǎng)或園區(qū)，避免土地產(chǎn)權(quán)糾紛，便于管理，確保監(jiān)測(cè)工作能持續(xù)開(kāi)展15 年以上；④抗干擾性：試驗(yàn)地塊盡可能選擇在地形開(kāi)闊的地方，遠(yuǎn)離村莊、建筑、道路、河流、主干溝渠，分別在沈陽(yáng)市于洪區(qū)造化鄉(xiāng)高力村設(shè)施蔬菜區(qū)、 沈陽(yáng)市于洪區(qū)光輝鄉(xiāng)雙樹(shù)村長(zhǎng)青葡萄園、 沈陽(yáng)市渾南區(qū)設(shè)施果蔬科技示范園和沈陽(yáng)市遼中區(qū)社甲村設(shè)施蔬菜區(qū)設(shè)置農(nóng)田氮磷流失量地下淋溶原位監(jiān)測(cè)點(diǎn)4 個(gè)； 在沈陽(yáng)市沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)岳士村和沈陽(yáng)市新民市興隆堡鎮(zhèn)興隆堡村設(shè)置農(nóng)田氮磷流失量地表徑流原位監(jiān)測(cè)點(diǎn)2 個(gè)。

1.2.1 農(nóng)田氮磷流失量地下淋溶原位監(jiān)測(cè)設(shè)置 采用田間滲濾池法監(jiān)測(cè)農(nóng)田地下淋溶氮磷流失量。 該方法的優(yōu)點(diǎn)：一是田間滲濾池面積較大，達(dá)3 m2，代表性強(qiáng)；二是淋溶液收集桶與監(jiān)測(cè)土體緊密接觸，可有效收集淋溶液。 其缺點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)土體結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，短期監(jiān)測(cè)結(jié)果容易受到干擾。

安裝田間滲濾池裝置時(shí)， 先將監(jiān)測(cè)土體分層挖出、分層堆放，形成一個(gè)長(zhǎng)方體土壤剖面，下部安裝淋溶液收集桶， 用集液膜將土壤剖面四周及底部嚴(yán)密覆蓋，然后分層回填土壤。 田間滲濾池裝置由地上和地下兩部分組成（圖1）。

1.2.2 農(nóng)田氮磷流失量地表徑流原位監(jiān)測(cè)設(shè)置 旱地農(nóng)田監(jiān)測(cè)小區(qū)長(zhǎng)7.5 m、寬5 m，面積37.5 m2。 監(jiān)測(cè)地塊四周設(shè)置保護(hù)行（圖2），監(jiān)測(cè)區(qū)域與保護(hù)行以田埂分隔，田埂為12 cm（雙磚砌筑），田埂地面以下深度為30 cm、地面以上為10 cm。 田埂為磚結(jié)構(gòu)并用水泥砂漿抹面。

圖2 旱地農(nóng)田地表徑流監(jiān)測(cè)設(shè)施

徑流收集池長(zhǎng)1.0 m、 寬1.0 m、 深1.0 m， 徑流收集池采用防水素混凝土修筑池壁和池底， 厚度20 cm，徑流池內(nèi)外壁兩側(cè)、池底均進(jìn)行防滲處理，涂抹防水砂漿，避免滲水、漏水。

1.3 樣品采集

1.3.1 氮磷流失量地下淋溶樣品采集 在正常農(nóng)事操作的情況下， 采樣時(shí)間為設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉當(dāng)天或第2～4 d，下次灌溉前采樣。 采樣全部淋溶液，記錄淋溶液總量。搖勻后，取2 個(gè)混合水樣（每個(gè)樣約500 mL，如淋溶液不足1 000 mL 則將淋溶液全部作為樣品采集，供化驗(yàn)和備用），其中一個(gè)用于分析測(cè)試，另一個(gè)備用。

1.3.2 氮磷流失量地表徑流樣品采集 在正常農(nóng)事操作的情況下， 根據(jù)自然降雨量及時(shí)采集氮磷流失量地表徑流樣品， 采集全部徑流液， 記錄徑流液總量。 搖勻后，取2 個(gè)混合水樣，其中一個(gè)用于分析測(cè)試，另一個(gè)備用。

1.3.3 取樣處理 采樣前需用蒸餾水洗凈樣品瓶，采樣時(shí)再用淋溶（徑流）液潤(rùn)洗。 取樣后將水樣-20℃冷凍保存?zhèn)錂z。

1.4 檢測(cè)指標(biāo)

檢測(cè)指標(biāo)包括：可溶性總氮、硝態(tài)氮、可溶性總磷和磷酸根磷， 以上指標(biāo)均為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)定的基本指標(biāo)。

1.5 測(cè)定方法

可溶性總氮：采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度測(cè)定；硝態(tài)氮：在25℃條件下，用2 mol/L 的氯化鉀浸提后用全自動(dòng)連續(xù)分析儀（Autoanaylzer Ⅲ，B R A N L U E B B E）測(cè)定；可溶性總磷：采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定；磷酸根磷： 采用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

N 素流失量（mg）=〔TDN（mg/L）×淋溶液總體積（L）〕1+〔TDN（mg/L）×淋溶液總體積（L）〕2+……。

P 素流失量（mg）=〔TDP （mg/L）×淋溶液總體積（L）〕1+〔TDP（mg/L）×淋溶液總體積（L）〕2+……。

應(yīng)用Excel 2007、SPSS 16.0 等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1 2021 年種植業(yè)源氮磷流失量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由表1 可知， 2021 年2 個(gè)徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)J5、 J6的總氮、 總磷流失量值極低， 平均流失量分別為0.020 kg/（畝·年）和0.003 kg/（畝·年），徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總氮流失量低于所有淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)值。 全年所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)總磷流失量較低，流失量最高值是J1（沈陽(yáng)市遼中區(qū)社甲村）淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)的0.185 kg/（畝·年）。 全年淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總氮流失量較高，最高值為8.74 kg/（畝·年），最低值為0.75 kg/（畝·年）, 4 個(gè)淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮平均流失量為3.38 kg/（畝·年）。

表1 2021 年種植業(yè)源氮磷流失量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.2 2022 年種植業(yè)源氮磷流失量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由表2可知，2022年2個(gè)徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)J5、J6的總氮，總磷流失量值極低，平均流失量為0.035 0 kg/（畝·年）和0.002 5 kg/（畝·年），且低于所有淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)值。 全年所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)總磷流失量較低，流失量最高值是J1（沈陽(yáng)市遼中區(qū)社甲村市級(jí)）淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)的0.09 kg/（畝·年）。全年淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總氮流失量相對(duì)較高， 最高值為5.93 kg/（畝·年）， 最低值為0.88 kg/（畝·年），4 個(gè)淋溶監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮平均流失量為3.30 kg/（畝·年）。

表2 2022 年種植業(yè)源氮磷流失量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)農(nóng)田氮磷流失量原位監(jiān)測(cè)，得出以下結(jié)論：①種植業(yè)源氮磷徑流流失不是沈陽(yáng)市河流污染的主要原因；②目前沒(méi)有農(nóng)業(yè)環(huán)境氮磷流失量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)田氮磷淋溶流失對(duì)地下水的不良影響需要進(jìn)一步探究。

3 治理建議

3.1 營(yíng)造農(nóng)田面源污染防治的社會(huì)氛圍

加強(qiáng)有關(guān)農(nóng)業(yè)環(huán)境的教育與培訓(xùn)， 讓農(nóng)民認(rèn)識(shí)到農(nóng)田面源污染的危害性及治理工作的重要性。充分發(fā)揮電視、 網(wǎng)絡(luò)等大眾媒體作用， 多形式地普及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境知識(shí)， 提高公眾的環(huán)保意識(shí)和參與意識(shí)。

3.2 構(gòu)建農(nóng)田面源污染防控技術(shù)性體系

（1）源頭治理。 氮、磷減量化控制，建立科學(xué)施肥體系，實(shí)現(xiàn)化肥減量增效控污，建立化肥、農(nóng)藥等化學(xué)投入品監(jiān)測(cè)體系的同時(shí)推廣區(qū)域大配方和高效控量施肥技術(shù)[13]。查明典型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)污染物排放特征，建立面源污染負(fù)荷估算方法、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。

（2）過(guò)程阻斷。 研發(fā)農(nóng)田污染負(fù)荷管理與消減技術(shù)，建立農(nóng)田減氮減排、污染物截留與過(guò)程阻斷相結(jié)合的生態(tài)配置模式，發(fā)揮農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)自凈功能，形成農(nóng)田面源污染控制技術(shù)體系。

（3）末端治理。 研發(fā)集約化、資源化利用等清潔生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，形成包括農(nóng)業(yè)“廢棄物”肥料化、飼料化、能源化循環(huán)利用，污染物生物凈化與修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)。

3.3 建設(shè)農(nóng)田污染防控政策體系

以農(nóng)業(yè)面源污染防治和保護(hù)水環(huán)境為重要戰(zhàn)略目標(biāo)， 建設(shè)兼顧生態(tài)環(huán)境效益和農(nóng)民的實(shí)際利益的政策體系。 包括優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)政策，建立適合國(guó)情的控制農(nóng)田非點(diǎn)源污染的分類管理、 經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)、生態(tài)補(bǔ)償?shù)日唧w系[1,14]。 制定限制投入要素和產(chǎn)出的相關(guān)法律政策等。

3.4 強(qiáng)化農(nóng)田面源污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建設(shè)一批覆蓋全市的農(nóng)田面源污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控各種污染物的排放， 分析并解決農(nóng)業(yè)面源污染技術(shù)難題。 根據(jù)沈陽(yáng)市旱田、水田和菜田（包括設(shè)施種植）面積和分布區(qū)域，設(shè)置產(chǎn)排污系數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)點(diǎn)面結(jié)合的實(shí)地監(jiān)測(cè)， 獲取涵蓋全市的面源污染負(fù)荷排污系數(shù)。