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水环境农业面源污染治理现状及进展

摘要:随着农药、农膜及化肥等化学品的大量使用,我们农业产业得到飞速发展的同时也造成了严重的农业面源污染。农业面源污染会导致土壤板结、水体富营养化,影响农产品质量安全,威胁人体健康,破坏生物多样性和生态系统平衡。本文主要介绍了农业面源水环境污染的特征以及目前的主要控制和防治技术。

关键词:农业面源;水环境;污染;治理

1引言

面源污染相对点源污染又可被称为非点源污染。根据美国《清洁水法修正案》的定义,面源污染是指污染物以微量、分散、广域的形式进入地表和地下水体。顾名思义,农业面源污染就是指在农业生产和农村生活过程所形成的面源污染,它是所有面源污染重是最为严重且分布最广的污染。大部分农业污染都是面源污染,还有一小部分污染属于点源污染。本论文重点研究的是农业面源污染,并只考虑进入水体以内的水质污染,专指由于降雨冲击与淋溶作用,以降雨为载体,在地表径流及地下渗漏过程将污染物带入水体而导致的受纳水体污染。

2农业面源污染特征

(1)隐蔽性、分散性。点源污染很集中,与之相反,面源污染具有隐蔽并分散的特性。由于一些自然条件状况的不同,面源污染会显示时间上的不均与性及空间异质性,这些自然条件包括污染范围内天气、湿度、地形地貌、温度、土地利用情况等。(2)不确定性、随机性。农业面源污染还具有不确定性及随机性的特点,对进入污染系统中的面源污染的不确定性及随机性进行研究是一项非常有前途的课题。如进行农作物生产时,进入受纳水体的的过量化肥含量与温度、降雨密度、大小、湿度及土地类型等自然条件有密切关联。(3)空间异质性、不易监测性。由于在污染区域内农业面源污染的污染物一般不只一种,且这些污染物之间会相互交叉污染,再加上自然条件如水文条件、气象条件、地形地貌等会对污染物的流向产生很大的影响,所以面源污染一旦发生,很难对其中的某种污染物的排放量进行定量检测,即农业污染具有不易监测性。当然理论上,农业面源污染是可以进行监测和识别的,只是监测成本和识别成本非常高。随着科技的进步,近些年来,越来越多的高科技技术应用到农业面源污染的监测和识别中,如利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术对受污水体进行模型模拟并提供数据支持。结合高新技术对农业面源污染进行动态监测也是未来研究的一个方向。

3农业面源水污染防治技术

3.1生态拦截技术

研究发现,绝大部分的农业面源污染物是通过雨水径流进入受纳水域的。若建立生物拦截系统防止污染物进入水体,可高效率拦截氮、磷等污染物进入受纳水体。这种技术也称为生态拦截技术,它是控制农业面源污染最有效且最重要手段之一。在国外这项技术主要通过宽广的生物隔离带来实现,如加拿大的“草地-树木过滤带系统”就是通过生物隔离带控制氮磷进入水体,并且效果很显著,污染物含量大大减少。在我国,杨林章等根据太湖的实际情况提出用由工程部分和植物部分共同组成的“生态拦截型沟渠系统”治理农业面源污染,该系统通过减缓水流流速促进水体中含有的颗粒进行沉降,从而有助系统中的植物部分对由沟底、水体及沟壁中出来的养分进行拦截和吸收,最终实现有效控制农业面源污染。实验显示该系统对污染水体中的总磷和总氮的去除率分别达到40.2%和48.1%。目前为止,高效利用氮磷的机制还不清晰;农田生态沟渠的规划和设计标准尚不成熟;水生经济植物品种的筛选工作还没开展;很多防治技术还没有得到大范围推广试用,如空间配置技术、浮床植物残体的再利用技术及浮床植物的肥药管理技术等。未来,这些方面都可成为科研者的研究重点,为我国农业产业的发展做出更大的贡献。

3.2生活垃圾及农业废物处理技术

作为我国农村主要的固体废弃物,畜禽养殖废弃物、农作物秸秆及生活垃圾等还有其独特的资源价值。现在农村生态环境建设就将资源化农村固体废弃物当成重点的研究项目。作为农业面源污染的主要来源,畜禽粪便已经成为需优先处理的污染源,特别是发达区域或环境容量差的区域。畜禽粪便在传统的中国农业中是优质的农家肥,作为中国农业数千年来发展的重要物质基础,它不仅可以给农作物生长提供养分,还可以改善土壤物理化学性质。目前,农肥化是畜禽粪便资源化的主要途径,其中的固体部分经发酵后成为优质有机肥,然后通过还田实现资源的循环利用,而目前液体部分主要通过排入污水处理系统或厌氧发酵生产沼气,或与其它的固体废弃物进行联合发酵等方式进行资源化处理,但目前沼液的安全处置是个亟待解决的问题。作为农村的主要固体废弃物,农作物秸秆目前的资源化率比较低,部分地区尤其在我国的东部地区采用焚烧的方式已导致严重的环境问题。目前,农作物秸秆的处理主要还是采用部分还田或全量还田的方式。由于成分和来源复杂,目前生活垃圾的主要处理方式是“村收集−镇转运−县集中处理”。大部分生活垃圾被集中焚烧或填埋处理,很少的一部分与畜禽养殖废弃物、农作物秸秆等一起进行了堆肥处理。其中,如何减少高温堆肥过程中氮的损失是目前研究者重点关注的问题。

3.3农业用肥改进控制N、P流失率

通过施加土壤改良剂可以有效控制N、P的流失。由于低廉的成本、良好的吸附性和生物亲和性,生物质炭受到科研者的重视,用于控制农田营养盐释放。姬红利等人将坡耕地土壤及滇池设施农业土壤作为研究对象,通过添加土壤消毒剂和土壤改良剂来研究土壤改良剂对土壤解吸过滤液过程中TP和TDP值的影响。实验研究表明:径流雨水中TP及TDP值在投加改良剂后明显降低,能有效控制P的流失问题。但其经济性及环境风险还需进一步进行研究。

4农业面源水污染治理展望

农业面源污染的一系列特性,如污染源多样性及随时性等,使它对我国农业及农村发展产生非常严重的危害。治理农业面源污染,可以从以下几个方面入手:加强对农户的技术支持;制定并完善相关的法律法规;对农户采用绿色农业补贴等经济激励手段;重建农业技术宣传等服务机构。

参考文献:

[1]朱小曼.浅析农业面源污染现状及治理对策[J].安徽农学通报,2016(16):70+142.

[2]朱蒋洁,曾艳,陈敬安,张润宇.我国农业面源污染治理技术研究进展[J].四川环境,2014(3):153~161.

作者:张仲宇 单位:浙江仁欣环科院有限责任公司


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