农业面源污染研究的讨论

      概括地讲,水体的污染源可以划分为:点源、面源(也称为非点源)和内源。点源主要来自于工业和生活污水的集中排放,非点源污染的来源比较广泛,其中以来自农田的面源污染最为突出,内源主要指水系沉积物的释放。

  随着点源污染控制能力的提高,面源污染的严重性逐渐显现出来。在美国即使达到零排放,仍然不能有效控制水体污染,从而认识到面源污染控制的重要性;我国对污染物排放实行总量控制,但这只对点源污染的控制有效,对面源污染的控制没有意义。在我国强化工业和生活污水排放与治理的同时,面源污染的控制也应积极开展和加强,否则水体污染不会得到根本性的好转。

  农业面源是最为重要且分布最为广泛的面源污染,三峡大坝库区1990年的统计资料也表明,90%的悬浮物来自农田径流,N、P大部分来源于农田径流;北方地区地下水污染严重。在21世纪,面对巨大的人口压力,我国农业土地资源的开发已接近超强度利用,化肥农药的施用成为提高土地产出水平的重要途径,因此,面源污染的控制关系到农业及区域社会经济的可持续发展。

  基于以上考虑,本文对未来农业面源污染研究从污染源调查、对地下水、地表水的影响和污染的控制等进行了一些思考。

1 开展农业面源污染背景调查

  我国农业面源污染的研究刚刚起步,只在局部的区域作过一些工作,目前缺乏系统、可靠的基础资料,对污染源的状况,面源污染对河流、湖泊等水体污染的贡献情况基本处于空白的状态。基础资料的缺乏,使得我国水资源保护规划的制定、流域污染物排放的总量控制、流域水环境容量的确定等方面的研究缺乏了可靠的数据源,进一步讲,影响到流域生态环境的保护。因此,面源污染的控制和治理是流域水环境承载力研究无可回避的问题,其中基础资料的获取是整个面源污染治理艰辛而最有意义的奠基性工作。

农业面源污染背景调查应包括以下两个方面:

(1)以流域单元为基础的农业面源污染源与水体响应调查。

  流域统一管理是实现流域生态良性循环的基础,同样水环境承载力的研究也应该以流域单元为尺度,面源污染只是流域生态环境的一个影响要素。流域面源污染源的调查应包括:流域农业生产的发展规模,种植结构,种植制度,施用化肥、农药的水平等。面源污染对水体的影响主要表现在不同季节对不同水体的影响,主要调查水体化肥农药的含量、沉积物的含量。

  具体而言应开展农田、化肥农药施用种类数量的调查,研究化肥农药的施用方法、时间、次数及其在土壤中的残留量、衰减率、富集率等,以及地表特征、土地利用周期、土地管理措施等因素对土壤侵蚀及其对水污染负荷的影响。了解农田径流对水体影响的历时、范围和强度,评价农田径流对河流、湖泊、水库的N、P、杀虫剂等有机物的负荷量的影响,冲刷引起的地表水体的淤塞等问题,营养元素的流失与水体质量间的关系。

(2)以生态单元为基础的化肥、农药迁移转化规律研究

  我国地域广阔,区域自然地理条件差异很大,不同的地理、地质、气象、水文条件,造就了不同的生态环境,生态环境的差异对污染物的迁移转化影响很大,如植被、温度、水体的特征,以及不同影响要素间的组合对污染物的转化产生非常大的影响,从而对水环境的影响也不同。以生态单元为基础研究污染物的转化特性常数,有利于对相似生态区的相关特性常数确定的指导。

对不同生态单元为基础的化肥、农药的迁移转化规律的研究是确定污染负荷的基础,

2 灌区面源污染对地下水污染影响

  地下水的污染是我国的大型灌区的主要环境问题。化肥、农药、重金属对土壤、地下水环境及其在农作物中的积累,是农业生产过程必须重视的环境问题,特别是对于我国北方及广大农村地区,以地下水为主要水源的地区。应该说,国内外在这方面开展了大量的研究工作,但基于实验室的成果居多,基于田间尺度研究相对较少。因此,探讨田间尺度实用的减少化肥、农药、对土壤、地下水环境污染及其在农作物中的积累的技术措施。

(1)化肥对农田及地下水污染防治技术研究

  硝酸盐污染是农田环境中地下水最常见的污染物。在田间尺度上如何防止化肥流失,防治水资源污染的技术措施等方面尚需进行更加深入研究。主要研究内容包括:

1)田间灌排条件下氮肥的淋溶

  研究不同灌溉制度与同一施肥水平、同样用水管理条件下不同施肥方法和施肥水平、排水条件下的氮肥运移、转化规律,建立田间尺度的土壤水分与氮素运移转化的耦合模型;分析其对地下水污染的影响。

2)合理水肥管理技术措施研究

 提高氮肥利用率,实施合理的、科学的水、肥管理措施,达到节水、减少氮流失,保护生态环境,促进农业增产的目的。重点研究:研究不同条件下水、氮合理管理的技术措施,减少氮肥淋溶的节水灌溉技术与田间管理制度。

3)建立水、氮合理管理制度示范区

  选定水、氮管理制度的示范区,优化水、肥管理措施,取得理想效果后,逐步向面上推广。建立长期的土壤地下水的水、氮运移动态的监测网。

通过上述研究促进水氮合理利用技术在实际中的应用,减缓地下水污染的程度。

(2)、农药在土壤、地下水和作物中的迁移规律及控制技术

  据统计,世界谷物产量每年因虫害损失14%,病害损失10%,草害损失11%,而使用农药可挽回15%~30%的农作物产量损失,每投放一元农药可得到数十元的直接经济效益。到21世纪初期,对多数病虫害、草害,农药仍将是最有效和不可替代的防治方法。由于农药施用数量大、毒性高、影响广、持续时间长,对农药在水环境中的行为规律及防治技术进行研究意义重大。

1)优先污染物的筛选及其在水土环境中的行为

  农药种类繁多,我国常用的农药有林丹、西维因、残杀威、吡唑兰、敌蝇威、灭幼脲Ⅲ号、单甲脒、甲氧双丙嗪、呋喃丹、代森锌、来福灵、涕灭威、氟乐灵、溴螨脂、阿津拉津除草剂、莠除净除草剂、巨星小麦除草剂等。研究各种农药的毒性、施用范围、施用量、影响范围和持续性,确定各地区优先控制的农药污染物。并研究在降雨、灌溉条件下,主要农药在土壤和地下水中的迁移转化过程(随土壤水分对流、水动力弥散、植物吸收、土壤吸附、挥发、生化降解等)

2)主要农药在作物中的积累、降解与持久性研究

  分析主要农药在作物中的累积与降解过程,评估主要农药在农作物体内的毒性,以控制主要农药残留于作物体内的程度。

3)农药污染区灌溉技术及农药施用技术研究

研究农药污染区在满足除病虫害草害需求的条件下,通过调整灌溉、排水技术,优化灌溉系统管理,减少农药的施用量以及对土壤、地下水的污染程度。 研究适用于作物病虫害防治及除草的不同药剂施用量和施用时间及对地下水污染的程度。研究不同农药施用技术对地下水和土壤的污染程度,开发新型、经济实用、操作简便、易于农民接受的施药技术、实时配药技术。

3 农业面源污染对地表水环境的影响

由于农业面源污染分布面积广,污染的产生在空间上、时间上的不确定性,造成研究工作非常困难,我国在农田面源污染对地表水环境的影响研究方面基础薄弱,在控制管理研究方面基本上处于空白状态。针对这些问题,在对污染源背景状况调查的基础上,在农业面源污染对地表水环境的影响方面重点研究:

(1)面源污染形成的水文过程的研究

  面源污染是伴随着地表水文过程而发生的,具体表现为污染物质在降雨所产生的径流冲刷下最终达到受纳水体的过程,对降雨-径流-侵蚀-水污染负荷间的关系的探讨,是研究面源污染的基础工作。具体内容包括:对降雨产流过程拟,土壤侵蚀题,泥沙输送,水质污染负荷输出等几方面,最终目的是预测估算控制水体受点源污染的水平。

(2)流域面源污染管理与控制

  对流域尺度上,由于地理地貌、地质、土地利用等条件的差异,面源污染的负荷在空间上的分布也不尽相同,确定面源重点控制区,进行重点管理,对面源污染的控制非常重要。将土地规划与地表水水质管理相结合,根据不同的目标和要求对管理区域进行有层次的合并或分解,认识农业面源污染的空间分布规模,辩识和提取出农业面源管理的关键区(critical area),揭示农业面源在空间上的轻重缓急,从而制定出相应的对策。

4 面源污染控制技术与综合对策

(1)确立与总量控制接轨的面源污染控制BMPs原则


  面源污染不同于点源污染,对于点源污染,国家制定了污水排放标准,并实行总量控制,但对面源污染的控制,还没有行之有效的措施。因此,确立适合我国国情的面源污染控制技术与政策显得非常必要。借鉴国外的先进经验,确立我国的面源污染控制BMPs(best management practices)的原则,主要内容包括:

  营养元素、农药的管理和土壤保持的技术措施;

  提出与总量控制原则接轨的农田面源污染控制原则

(2)面源污染控制的生态工程系统

  面源污染的控制的生态工程控制是充分利用土地和植被的净化能力,截流N、P、泥沙等物质,我国的一些学者位于水生生态系统与陆地生态系统的湿地对水体的水质有很强的净化能力,利用村镇地域的天然或人工多水塘系统或水陆交错带的自然净化生态功能,截留净化农业径流中的氮磷及有机物,然后将底泥还田,加强氮磷等物质在陆地生态系统显得循环,从而减少面源污染对水体的污染。

  另一方面,也可以在受纳水体的岸边按照不同的功能种植不同的植物带,充分发挥植物带的生态净化功能。

(3)工程措施

  控制非点源污染也可以结合一些工程措施,主要工程措施包括沉沙池、渗滤池、集水设施和水处理设施等。 面源污染的控制是一个难题,其治理既需要具体的工程措施,也需要采取综合的整治对策。

结语

  面源污染的形成与控制的研究是水环境承载力研究的一个重要方面,面源对流域水环境污染的影响与贡献的基本状况不清将使流域环境规划带来很大困难。在现状调查的基础上,系统研究面源污染的形成机理、确定对特定流域的污染的贡献,结合点源污染的排污状况,是确定流域水环境容量的基础。同时,要充分认识面源污染的艰巨性,在强化流域点源污染控制的同时,研究和制定面源污染治理的最佳管理措施。

王东胜、谭红武
中国水利水电科学研究院水环境研究所

 

 
       
 

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