農業非點源污染的環境影響及生態工程措施

王學珍 劉東玲 李彩虹

(1．山東省環境保護科學研究設計院，山東 濟南250013;2．山東省招遠市環境保護局，山東招遠265400)

農業非點源污染主要是指農業活動所引起的各種污染物(沉淀物、營養物、農藥、鹽份、病菌等)在大面積降水和徑流沖刷作用下，以低濃度、大范圍的形式緩慢地在土壤圈內運動和從土壤圈內向水圈擴展的過程。與點源污染相比，非點源污染的時空范圍更廣，不確定性更大，過程更復雜，污染更嚴重，因而加大了相應的研究、治理及管理的難度。目前點源污染已得到較好地控制與治理，而非點源污染所造成的地表水污染問題日益突出，全球有30%－50%的地表水體受到非點源污染的影響［1］。我國農業非點源污染更加嚴重，而且隨著化肥農業使用量的增加，農業非點源污染引起的水體富營養化和水質污染更為嚴峻。因此，加強農業非點源污染研究對我國水污染防治具有重要意義。

1 農業非點源污染

1．1 農業非點源污染的特點

農業非點源污染具有三個主要特點［2］:一是隨機性，非點源污染受降雨時間的影響較大，因而其污染發生具有較大的隨機性;二是污染物及排放途徑的不確定性，由于非點源污染影響因素多，排放途徑較復雜，因而排出的污染物是難以確定的;三是污染負荷的時空差異性大，由于徑流的時空變化，非點源污染過程與徑流過程呈現大致相同的變化趨勢。

1．2 農業非點源污染源

(1)化肥污染。長期以來，我國化肥的生產和使用一直在增長，從建國初期的0．6萬t增加到現在的4 124萬t，目前化肥施用量約420kg/hm2，已成為世界上化肥施用量最多的國家［4］。大量使用或不合理使用化肥時，在水土流失的過程中，氮磷等元素會進入水體，導致周圍環境的嚴重污染。我國氮肥的利用率僅為30% －35%，磷肥為10% －20%，鉀肥為35% －50%［4］。氮、磷、鉀利用率非常低，大量未被利用的化肥通過徑流、淋溶等方式污染了地表水環境。

(2)農藥。農藥指包括除草劑、殺蟲劑和防治牲畜體內外寄生蟲的化學藥品。農藥的生產使用，促進了農業的發展，但同時農藥對環境造成的污染也成了中國影響范圍最大的一種有機污染和面源污染源。我國各類水體在不同程度上受到農藥的污染。我國農藥的產量和使用量都居世界前列，2007年農藥總產量為173．1萬 t，使用量162．3萬t，平均用量為27kg/hm2，農藥使用量在全世界水平最高、用量最大。大量使用農藥，雖然控制了病蟲害，但大部分農藥殘留于環境中，造成潛在的環境威脅。

(3)水土流失。水土流失是我國嚴重的非點源污染源，水土流失挾帶著泥沙、有機物、金屬等污染物進入地表水體污染水環境。我國的水土流失極為嚴重，據統計每年流失表土至少50億t，數百萬噸的氮、磷、鉀通過各種途徑進入地表水體，造成嚴重的水體污染以及大量農作物鹽分的流失。我國水土流失加快的主要原因是人口增長過快，增加了對土地的壓力，導致人們亂墾荒地、濫伐森林、超載放牧，以及不適當的建設項目的開發與管理。

(4)農業廢棄物。農業廢棄物包括農田中秸桿殘茬、農村居民生活垃圾、生活廢水、人畜禽糞便以及田間農膜殘片。如集約化畜禽養殖對環境的污染主要表現在兩個方面:一是少量畜禽糞便直接排泄到環境中;二是大量的畜禽糞便作為有機肥料施用到農田之中。畜禽糞便相對于化肥來說，其鹽分含量低而運輸成本高，致使大量的畜禽糞尿都集中施在數量有限的農田中，這樣往往造成大量的鹽分得不到充分利用而從農田流失到水體中。另外，長期使用農膜覆蓋技術可造成農膜殘片大幅增加，嚴重影響植物根系的生長發育、水肥的運移，造成土壤退化。

2 農業非點源污染的環境影響

2．1 加重水體富營養化

我國湖泊富營養化現象十分嚴重，研究表明，對于湖泊、水庫等封閉水域，當水體內無機氮總量大于0．2mg/L時，磷酸鹽磷濃度大于0．01mg/L時，就可能引起藻華現象的發生。農業非點源污染是湖泊等水體富營養化的主要原因。如太湖的水質目前正處于由中富營養向富營養水平過渡狀態，它接納了大量含有農業非點源氮的入湖水。云南省30余個湖泊中，80%以上不同程度地呈現富營養化，滇池中來自農業地表徑流的氮、磷分別占總量的53%和42%，造成滇池嚴重的富營養化［5］。可見，農業非點源污染是該水庫富營養化加快的主要原因之一。

2．2 導致土壤退化

大量化肥和農藥的施用使許多有害物質進入土壤，必然使土壤質量下降，致使土壤變堿或變酸，削弱土壤或肥料中其他營養元素效應。大量氮肥的使用還加快土壤中有機碳的消耗，降低有機質的活性和土壤的供氮能力。據研究，大量使用化肥對土壤的退化有廣泛的影響。

2．3 對生物的有害影響

農田中施用的化肥、農藥及人畜糞便等，其中的有機物、無機養分及其它污染物經淋溶作用進入地下水體或經地表徑流進入飲用水源區，可造成飲用水源的污染，影響人體健康。

2．4 污染地下水

調查表明，農業生產活動是地下水污染的主要原因之一，污染指標以硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨最為嚴重。在農業生產中來自肥料和農藥的氮、磷、鉀及各種重金屬元素，由于溶解度較低，活動性差，因此在土壤和非飽和帶中逐漸積累，成為地下水的潛在危脅，而土壤中大量氮的淋失和下滲，使地下水中硝態氮含量嚴重超標。

3 控制農業非點源污染的生態工程技術

3．1 生態農業和生態施肥技術

生態農業技術使物質在系統內多次循環，廢物產生最小化，因此，能減少農村非點源污染。根據氣候、土壤、生產目標的不同，可以采取許多不同模式。以紅壤丘陵區一種生態農業模式為例，科學工作者與農民合作發展了“頂林、腰園、谷農、塘魚”的模式［6］。它以養豬為紐帶，實行種養結合，建立飼草－豬－沼、菇－果、糧－魚、珍珠的食物鏈，定量調控結合鏈環的飼料配置，糞尿投放，制沼育菇和塘淤返田，提高了系統生產力，減少了廢物產生量和非點源污染，實現農業經濟和生態環境效益“雙贏”。

另外，通過減少渠道滲漏、發展溝灌、畦灌，噴灌、微灌和滴灌技術，提高田間水利用率，實施節水灌溉不僅可以提高水資源的利用率，緩解水資源供需矛盾，還可以減少非點源污染。研究發現，灌溉方式與鹽分、農藥流失密切相關，當水田灌溉用量減少31% －36%時，地表排水量減少78% －90%，氮負荷減少76% －80%，滲漏水氮負荷減少 34% －40%，而物減產僅 6．7% －8．1%［7］。

生態施肥技術的目的是控制土壤養分投入數量，改善養分投入方法，使土壤中養分水平保持在既能滿足作物生長需求，又不至于對環境產生顯著危害。

3．2 污水處理和固體廢物生態工程技術

用生態技術處理污水已進行了許多研究，比較成熟的有土地處理、氧化塘、濕地處理等，國際上進行了深入研究，國內也已有了詳細的設計手冊。在處理固體廢物方面，比較成熟的生態技術有現代堆肥技術、秸稈粉碎還田、沼氣技術、垃圾熟化技術等。

3．3 水土保持生態工程技術

農業非點源污染物的流失途徑主要是通過淋溶作用，隨水分向下移動，威脅地下水;或是隨地表徑流和土壤侵蝕流失，最終造成地表水源污染。因此，減少污染應首先從治理水土流失入手，如退耕還林、還草、還湖，在水土流失區建造水土涵養林和水土保持林恢復植被以控制水土流失，減少水土流失面積，降低進入受納水體營養物質的量。另外，坡面生態工程對減少土壤侵蝕有明顯效果。

3．4 植被緩沖帶生態工程技術

由于不同植被對土壤養分的吸收具有互補效應，同時，對化肥的農業非點源污染物具有截留及過濾能力，因此，通過設置適當的人工溪溝、濕地、沙層過濾帶及植被，來建立農業緩沖區，可以有效地減少農田地表和地下徑流帶來的化肥非點源污染。

利用不同植被對土壤養分吸收能力的互補性和對農業非點源污染的截留、過濾能力，在農田與水體之間建立合理的林帶或草地過濾帶將農田與水體隔開，可以有效地減少農田地表和地下徑流帶來的非點源污染物。在平原地區建立植被緩沖帶最常見模式是農田防護林帶，合理的林帶不僅可以固岸護坡、滯緩地表徑流、固持土壤顆粒，同時可大量吸收地表和地下徑流中氮、磷等營養元素，減少農田生態系統養分流失及由此產生的水質污染。國外研究發現，氮在岸邊植被帶的截留率為89%，而農田作物截留率僅為8%，磷的截留率分別為80%和41%，可見喬木植被帶截留和調節控制氮、磷的能力比農作物強得多［8］。

3．5 濕地生態工程系統

濕地作為陸地釋放某些物質的過濾器的功能已備受關注，利用濕地處理污水和污泥已取得一定成果。濕地生態工程投資少，運行費用低，易于維護管理，運行比較穩定，處理效果好，不僅能吸納大量有機物，還能除去農業非點源污染帶來的氮、磷等植物營養類污染物質。

在農田生態系統增加一些濕地面積，可以有效地消減農業非點源的污染負荷。廣大農村地區存在的多水塘景觀(在農村和農田中人工修建許多面積不大的水塘)在截留農田中氮、磷及農藥方面具有重要作用。

自然濕地系統還能豐富生態環境與景觀的多樣性，在維持農田系統的生物多樣性和穩定性方面具有重要作用。也可利用廢洼地、坑塘建立人工濕地系統，特別適用于村鎮生活污水、畜禽廢棄物以及農田非點源污染物的凈化，既節約土地，又節約成本。人工濕地是一種由人工建造和監督控制的類似沼澤的系統，在一定地塊中，由土壤和填料組成填料床，使污水在床體的填料縫中或在床體表面流動，床體表面可種植蘆葦或鳳眼蓮等植物，形成一個獨特的動植物生態系統、利用自然生態系統中的物理、化學和生物作用來實現污水的凈化［9］。

4 結論

非點源污染是經濟發展到一定程度的產物，也只有隨著經濟的進一步發展才有實力將它控制。我國是發展中國家，在經濟發展水平較低的農村地區進行非點源污染控制難度更大。隨著世界和我國對非點源污染認識和研究的加深，人們日益認識到生態工程對解決農業非點源污染問題的重要性，積極開展生態農業建設，加大水土保持、植被緩沖帶建設力度，積極發展濕地工程等生態工程技術。同時，應提高農業環保意識、制定農業環保規劃、進行科學施肥、加強農田鹽分管理、加快無毒和低毒農藥的開發研制、建設節水灌溉工程，以防治和減輕農業非點源污染影響，促進我國農業的可持續發展。

(編輯:田 紅)

［1］Dennis L C，Peter JV，Keith L．基于GIS的包氣帶區非點源污染模型［J］．環境科學與技術，1997，(8):2157 – 2175．

［2］肖海濤，沈波，張銀龍．農業非點源污染的控制與生態調節技術［J］．中國農村水利水電，2004，(1):21 －22．

［3］陳文英，毛致偉，沈萬斌，等．農業非點源污染環境影響及防治［J］．北方環境，2005，30(2):3 －4．

［4］全為民，嚴力蛟．農業面源污染對水體富營養化的影響及其防治措施［J］．生態學報，2002，(3):291 －299．

［5］范成新，季江．太湖富營養化現狀、趨勢及其綜合整治對策［J］．上海環境科學，1997，16(8):4 －7．

［6］孟裕芳．滇池外海氮、磷含量的發展趨勢分析［J］．云南環境科學，1999，18(14):32 －33．

［7］彭奎，朱波．試論農業養分的非點源污染與管理［J］．環境保護，2001，(1):15 －17．

［8］張從．中國農村面源污染的環境影響及其控制對策［J］．環境科學動態，2001，(4)∶10 －13．

［9］尹澄清，毛戰坡．用生態工程技術控制農村非點源水污染［J］．應用生態學報，2002，13(2):229 －232．