氮、磷的农业非点源污染防治方法

第卷第期水土保持学报ilW1年月VoNo.1,2Ξ苑韶峰吕军俞劲炎,,浙江大学环境与资源学院杭州,()摘要非点源污染最主要的影响就是使水体富营养化其,:,多年的研究非点源污染研究逐渐从初期的定性化研究转向定,量化。就众多的防治方法来看大体可以分为两大类,,,(Sink)(Source)关键词氮磷非点源污染防治农业;:;;;中图分类号文献标识码:X53文章编号:A:1009(2004)010122MethodsofPreventiontoNitrogenYUANShaofeng,LUJun,YUJingyanColleageofEnvironmentalandResourcesScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou)Abstract:Themaineffectsofnonpointsourcepolluismakingtheeutrophicationandthedeteriorationofthewaterbody,therebyaffectedthedevelopmentofproduction,living,economyandInfact,thenonpointsourcepollucausedbynitrogenandphosphorousfromagricultureisthedominatingfactoAf2termorethan30yearsofresearch,thenonpointsourcepolluresearchtendencytransformedfromthequalitativetoquantitative,fromstatistical,mechanresearchandinvestigationtopracticalcureandpre2venAlthoughtherearemanymeanstocureandpreventnonpointsourcepollu,theycanbeclassi2“”“”fiedintwosorts,SourceandSinkpreventandcuremethods.ThispaperreviewsthesemethodsfromthistwoaspKey:nitrogen;phosphorounonpointsourcepollu;prevenandcuagriculture1引言水体的污染源主要有两大类即点源污染)和非点源污染Nonpointsourcepollu2,(Pointsourcepollu或称散源污染iffusesourcepollu)。点源污染是指废水通过排水管道等途径直接进入受纳水,NPSP)与点源污染相对美国清洁水法修正案(1977),尽,管水体富营养化有诸如增加某些鱼种的产量、农田灌溉的肥力效用以及增加野生动物的食物来源等有利的方面但其更多的是负面影响主要表现在降低临水居室的经济和使用价值降低水体的商业使用价值,,:(1);(2);增加饮用水的处理成本增加河道的清理成本(3)();(4)();(5)降低大气质量对旅游产();(6)();(7)业造成直接经济损失对水产养殖业造成直接经济损失增加人畜的健康成本生态系统与生物种;(8);(9);(10)群结构的改变与破坏重要物种与敏感物种的灭绝。有研究指出英国)每年由于水体富营养化造成的(),(..UK损失就达～亿美元此外还有相应的政策支出060万美元。[1],7700由于农业生产要求的不断提高使得农业投入相应增加加之生态植被系统的人为破坏以及点源污染的,,,有效控制也是导致水体富营养化等,,水环境质量破坏的主要污染元素已引起世界各国的关注。据统计由河流输运的氮来自农业瑞典最南60%,,,端的谢夫灵厄流域来自农业的氮占此流域总输入氮量的～。我国苏南太湖流域农业面源氮素对地84%87%,,表水的污染负荷量高达×5510t(hm占氮素化肥施用量的8%a),42重据估计全世界每年大约有～从土壤迁移到水体中美国每年由化肥和土壤进入水生态系,,,300400tPO[2]25Ξ收稿日期:22基金项目:作者简介苑韶峰男生于(2002CB410807)年,:,,©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第期1苑韶峰等:123统的磷达×左右日本水田磷的排出负荷量为～34kg(我国广东东江流域农田的a),4510kg8,hm2磷素流失量为)四川涪陵地区农田磷流失量为a,在雨水较丰富的苏南太16kg(hm17kg(hma),在旱地排水中团体物质的含磷量a),22湖地区排出磷负荷总量a),平均耕地排出磷440t(hm537(ghm,22占总磷量的。其中年夏季洪水期间约有×氮()和×磷()从大通站向下9510tN3610tP447%1998,游输送其中溶解态无机氮)与生物有效磷()比值远高于浮游植物生长的P,BAP越来越多的证据表明不控制农业非点源污染就不可能根本解决水质污染问题。农化产品在径流中的流,失化肥中、在地面中的富集与输出是非点源污染贡献最大但又是目前难以控制的问题。NP,2污染源头及氮营养物的非点源或散源onpointordiffusesource)(气态氮化合物包括化粪池以及天然的污染源如现今主要的污染物质也是影)()(,),,响面最广的污染物质集中在氮和磷元素流失所带来的污染,,griculturalNon又是最主要的。主要有气候降水-pointsourcepollu,ANPSP),:()形坡度淹水条件下由于土壤物理化学性质的变(),化而导致土壤对磷的固定与释放发生很大的变化农田控制的流域中和的流失明显高于草地或者林TNTP;地控制的流域。一般来说,[3]3氮经过多年的研究非点源污染研究逐渐从初期的定性化研究转向定量化30,,国内外已有了重多的研究成果并相继运用到实践治理中。就众多的防治方法来看大体,,,可以分为两大类Source)Sink(),(1,,,施肥措施我国化肥用量大化肥利用率低一直是困扰我国农业生产的一个突出问题。化肥利用率低1和大量的化肥损失直接和间接地导致了一系列不良的环境反应。氮肥的表面流失和渗漏流失直接导致地下水,,,当化肥施用量超过一定水平以后其养分流失量显著增大但减少化肥施用量或不施其养分流失量差别不大,,,,而作物产量却急剧下降这主要是由于土壤养分大量积累而土地保肥能力较差造成的。同时许多研究指出,,,,施肥的控制主要有平衡施肥方法主要通过合理:(1),,的∶∶比例及有机—无机肥料的配合施用提高肥料的肥效如我国耕地总面积的缺磷59%,23%NPK,具体地讲有个方面第一提高肥料的利用率第二4:,,;,例适当增加钾肥和有机肥的比重第三提高施肥技术提倡深施旱地土壤应施入～1012土层第四选;,,;,,,用化肥新品种如合适的复合肥和长效肥。潘根兴提出的经济极点施肥模式化肥∶∶N+Pkghm,NPK,(2240施用氮肥～180kg90120为∶∶或∶∶可以减少的、施用量同时还提出了每320110,30%NP,1hm2的一次性施肥方案。养分控释技术的运用(2),kg[4]衡与平衡施肥相比前者一般指不同元素间的比例平衡,,,,施肥方式与施肥种类的多样化常规肥与生物肥相结合无机肥(3),,,农药使用与管理措施农药是农业生产中十分重要的生产资料农药用量水平与区域社会经济发达程2,度和农业生产水平密切相关。就我国来看目前我国农药生产能力万(折纯)已成为仅次于美国,7t100%,的世界农药生产大国。我国每年使用农药的面积在亿以上每年使用的农药量达～万农药施8hm,5060t,2用平均用量以东南四省(浙江2212233kghm,296kghm85kghm69kghm用量为最高其中约有的农药直接进入环境。除农药的残留毒害作用外主要是有机磷的流失污80%kghm),,2染与无机磷相比有机磷移动性要大得多因此农药对磷流失的贡献比重是较大的。对于农药造成的非点源,,,,污染的防治主要有加强病虫害抗性监测延缓病虫害抗性的产生减少农药使用次:(1),,,,数和使用量加强农民用药的技术指导和病虫害预测预报及时向广大农民提供病虫害发生情况及防治措;(2),1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.124水土保持学报第18卷施通过教育指导提高农民的环境保护意识加强农药使用领域的监督执法工作用法律手段促进农药安,,;(3);(4)调整农药结构,降低高,毒品种的产量增加地下害虫防治剂和生物杀虫剂新品种增加蔬菜水,,;果用杀菌剂和线虫防治剂品种和产量增加旱田除草剂的品种和产量推广生物防治新技术和新产品推广,,;(5)3耕作措施与田间管理等的研究发现免耕可大大减少土壤侵蚀速率和营养物质、的流失NP,Phs玉米-比能减少～10%30%的可溶性氮流失。淹水还原条件下水稻土中的磷向水体流失的风险和数量都有所减少,,因而从水环境保护的角度出发在种植水稻时关键的问题是要做好田间的水分管理只要能尽力减少田面水的,,排放就能有效地控制稻田土壤磷的流失。同时应采取措施对农用地资源进行优化配置调整作物布局在敏感,,,水体及其入湖河道的附近应尽量避免旱作尤其是避免种植需要大量肥料投入的蔬菜和经济作物而将它们安,,排在水稻田的上游地区以充分发挥水田的截流和净化作用把,,,向系统外流失的数量降到最低。提出了我国,北方地区防治土壤盐渍化和氮磷流失的节水灌溉措施。4养殖业管理措施养殖业的快速发展在满足人民群众物质生活需要的同时也带来了大量畜禽粪便,全国畜禽粪便每年的排放量约为亿是工业废弃物的t,倍根据估算到年,2010,37,,全国畜禽粪便的排放量将达亿。在防治非点源污染方面45t,提高营养元素的利用率,;粪尿处理技术同时还要注重合理布置饲养基地。,;,5产业结构调整农田控制的流域中和的流失明显高于草地或者林地控制的流域。刘方等的研TPTN究结果表明退耕还林还草后黄壤旱坡地地表径流中颗粒态磷含量比相应的旱地减少～而:48%,和42%水溶态磷含量也减少～退耕还林区土壤水溶态磷和颗粒态磷的流失量分别比玉米种植区减29%;退耕还草区土壤水溶态磷和颗粒态磷的流失量分别比玉米种植区减少08%,少和65%另一方面能明显减少土壤磷的流失量特别是水溶态磷的94%,,流失退耕还林还草工程是减少土壤磷流失和控制非点源污染的有效途径,[5]林可有效控制集水区农业非点源污染。森林对非点源污染的调控能力较强坡面森林可使固体污染物减少,,以上林地的营养元素损失减少～。根据可持续发展的要求以生态学理论为指导通过产业结,,60%,50%构调整,此外还有从微观上控制农业化学物质释放的膜控制释放技术2简称,embranesControlledRelease,及在环境法规约束下制定的政府和农民都能接受MCR),,estManagementPractices简称BMPs)。,2着重于对污染物的去除和削减。研究,,较多的主要方法有:1湿地防治法全球湿地的总面积约为310mathewsand,Fung,1987)×或为×610m122122但由于湿地有很高的生产率及氧化还原能(,1990),,Mitchell力使其成为极为重要的生物地球化学作用非常活跃的场所,,减缓水流的速度当含有毒物和杂质的流水经过湿地时流速减慢有利于毒物,(),,其中所含,,的营养成分被湿地植被吸收或者积累在湿地泥层之中国内外有关湿地的研究主要集中于,,人工湿地系统设计,,,,Woltemade湿地吸收了的68%:43%的磷湿地与流域汇水面积之比较大时或水在湿地中保留时间较长至少～周时湿地对营养的;,(12),吸收率较大同时湿地与河岸缓冲林带结合能更有效地改善水质。水稻田湿地系统是我国东南部高产农业区;,的主要土地利用类型是我国特有的景观结构晏维金等在巢湖六叉河小流域进行的野外实验结果表明这一,,,实验同时研究;1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第期1苑韶峰等:125了磷氮物质从水稻田中的径流流失方式和机理结果发现氮、磷物质从水稻田中的径流流失量与水稻田持水,并提出了一个模型计算磷氮径流流失量,,～1030倍在水稻插秧后的内,,15d最大的潜在污染源。构造湿地也称人工湿地最初用来处理城镇和乡村生活污水主要研究对和的SS,,BOD[6]去除随着对、标准要求的提高研究热点逐渐转向除磷脱氮。张荣社等研究证明潜流湿地氮去除效率,NP,[7,8]和水力停留时间呈正相关关系氮的去除满足一级推流反应动力学关系微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主,,要途径植物吸收总氮量仅占入水量的刘文祥在年分别针对滇池农业2002,,15%1997非点源污染从工程设计和实用性方面)的去除效果进行了研究和论证。,,2缓冲带防治缓冲带全称保护缓冲带servationBufferStrips),是指利用永久性植被拦截污染物,RCS)向美国公众推荐的土地土壤侵蚀过程造成的养分损失是土壤退化和非点源污染的直接原因土壤侵蚀伴随的养分流,,失是非点源污染的主要形式。控制养分流失的关键在于控制粒径<02mm土壤细粒的流失[9],能明显降低各种污染,物的浓度(),提高水质降低径流对河道,,缓冲带可分为缓冲湿地),(bufferwetlands其中包括水体岸边缓冲林带和防风或遮护缓冲林带bufferforeststrips),(arianbufferforeststrips))(buffergrassstrips)3种类型。这方面的研究主要集中于缓冲带windbreakshelterforestbelt对污染物的截留作用效果以及设计和管理等方面。,此外还有利用培植水生植物来吸收氮、磷等营养物的方法来治理非点源污染凤眼,,(莲等浮游水生植物直接引入到水体但这种方法可能造成该种植物的大量繁殖以至阻塞河道更),,,多的水生植物和生物技术在非点源污染的防治中是同湿地相结合的。4结语其污染源可以说是无处不在生,石等就其污染元素来说;,,然而就我国而言,,其研究对象和范围则多集,,,而以大流域和全河段的监测与研究的较少在大范围的研究与实施中如产业结,;,构调整则是以行政区域为单位的多而以流域为单位的少。这一方面是非点