太湖流域农业面源污染及控制研究进展
时间：2021-01-31 20:00:21 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要: 太湖及其流域的水环境质量呈现严重恶化趋势,农业面源污染是太湖流域水体环境恶化的主要原因之一。论文通过文献分析,总结了太湖流域农业面源污染的影响因素、相应的治理措施以及农业面源污染控制的特点。结果表明:①虽然太湖流域典型区域的面源污染影响及排污系数的研究较多,但是着眼于太湖流域整体的农业面源污染负荷总量的研究并没有明确答案;②农业面源污染的治理技术研究较多,但将这些自然科学成果应用到实际的管理实践中的政策研究较少;③对农田面源污染的研究较多,对畜禽渔业养殖废弃物处理的研究比较薄弱,并且两者没有很好地结合起来进行研究;④虽然已经有了一些关于农业面源污染控制管理的讨论,但缺乏管理实施标准的研究;⑤围绕农业面源污染治理的主要手段都与农户行为有关,例如土地利用方式、耕作方式等,但现在很少有从环境污染主体即农户行为的角度去研究如何减少环境污染。
关键词 :农业面源污染;农业面源污染控制;农业面源污染研究综述;农业面源污染控制政策
太湖蓝藻爆发表明太湖流域经济发展和资源环境之间的矛盾已逐渐凸显并且愈发尖锐[1-2]。从20世纪80年代后期太湖北部梅梁湾就开始频繁暴发蓝藻水华,到2006年水华暴发面积占太湖总面积的一半以上[3-5];太湖水体水质超标率也从2001年的65%上升到2006年的95%[6]。太湖水体水质低下只是太湖流域水环境恶化的一个方面,流域河网水质也呈现严重恶化趋势。太湖流域所覆盖的各行政区内受污染的河流占水系总长的比例均在80%左右,如上海为87%～92%,江苏省为82%～87%,浙江省为72%～79%[7]。太湖流域的水环境恶化对该流域工农业生产和城乡居民生活造成了严重影响。近年来,太湖流域工业点源污染整治力度加强之后,农业面源污染对流域水环境的贡献及其治理受到越来越多的关注[8]。农业在极大地满足城乡生活的同时,过量的化肥农药投入、畜禽粪便排放给水环境带来极大的影响。然而,不同学者计算的农业面源污染贡献率存在很大的不同,总氮的贡献在34%～52%,总磷的贡献在17%～54%[8-9]。虽然可以看出农业污染的影响正在成为继工业污染和城市污染之后的最大污染源之一,但流域农业面源污染流失量有多少,达到什么样的水平仍然没有明确的计算结果,这与计算过程和方法不清晰、种植业和养殖业的排污系数或流失系数的选择范围较大有关。
本文围绕农田种植和畜禽养殖这两个主要的农业污染源,总结了影响太湖流域农业面源污染的影响因素、排污系数及相应的治理措施,分析了流域农业面源污染控制的现状,并对未来的研究方向进行了展望。
1 太湖流域农业面源污染的影响因素
1.1 太湖流域种植业污染的影响因素及排污系数
1.1.1 化肥过量使用
不少学者通过典型区的实地调查、采样分析试验以及文献分析等方法研究了太湖流域农田化肥的利用及污染,证实了化肥过量使用是种植业面源污染的主要因素之一,农田径流中N、P流失量与肥料投入水平显著相关。自20世纪80年代初以来太湖地区农田生态系统中的氮、磷一直处于盈余状态,养分高度集中,大田作物施肥量甚至达到纯氮600 kg/hm2,远远高于作物实际需要量[10]。90年代中后期以来,农田的氮剩余量虽然有所下降,但是下降的幅度并不是很多,这是为何太湖上游地区在工业点源得到控制,而湖泊水质仍然没有得到根本好转的一个主要原因[11]。
1.1.2 不同土地利用方式
不同土地利用方式对氮磷施肥量的需求不同、植被覆盖度不同,必然对氮磷养分流失产生不同影响。有研究表明,相同降雨条件下,菜地的产流时间最长,其余依次为稻田、竹林、草地和桑园;草地的氮流失量最大[12]。还有研究表明,菜地的多场降雨径流平均浓度高于板栗林、竹林和旱地,悬浮态颗粒磷的浓度从高到低依次为板栗林、竹林、菜地和旱地,并且悬浮态颗粒磷占到水相总磷的76%～89%,总无机磷占水相总磷的 57%～85%,浓度高低顺序依次为竹林、菜地、板栗林、旱地,总有机磷浓度高低排序为菜地、旱地、竹林、板栗磷[13]。旱地土壤磷较水田更易流失的机理在于尽管旱地土壤对磷的固定能力略高与水稻土,但旱地土壤的有效磷水平普遍高于水稻土,因而前者磷的吸持饱和度(DPS)要大大高于后者,因此旱地土壤中的磷被淋溶,或者或以溶解态随径流流失的风险和数量也显著高于水稻土。
1.1.3 农田管理方式
地表管理与施肥方式对太湖旱地氮磷流失的影响也很重要,如通过采用地表覆膜、秸秆覆盖、肥料条施及穴施等耕作管理方式则分别可降低60.3%、59.8%、50.1%、52.4%的氮流失和90.5%、86.5%、80.2%和80.5%[14],或者将田埂高度由6 cm增加到8 cm则将使稻季径流量和氮素径流排放分别降低73.4%和约90%[15]。
1.1.4 气候及自然地理因素
面源污染具有季节特征。王鹏等[13]等的研究则表明环太湖丘陵地区农田氮素随地表径流的时间输出特征为秋冬季地表径流中总氮的平均浓度高于春夏季,这与各个季节的降水量和平均气温有关。地统计学方法的研究也发现,有机质、全氮和速效磷具有很强的空间相关性,说明太湖地区的一些土壤养分受母质、地形、土壤类型等自然的结构性因素影响较大[16]。
1.1.5 种植业的氮磷污染物排放系数
目前,农业面源污染负荷的计算多采用输出系数方法(也称排污系数法)。由于不同研究者关注排污系数影响因素的侧重点不同,通过太湖流域典型地区的监测或试验研究,得到一系列不同条件下的污染物排放系数(表1)[14,17-18,19-32,33]。
这些排污系数主要是水田的水旱轮作或旱地种植不同作物在一年内向水环境所排出的氮、磷污染物。根据排污系数研究所侧重的内容、应用的方法不同可以分为四组:不同土地利用的自然降雨条件下的小区试验、不同土利用的自然降雨条件下的流域监测、不同化肥施用量影响的自然降雨条件下的小区试验、不同土地利用的小区人工降雨试验。对比不同分组可以发现,氮的排污系数约在10～20 kg/hm2,磷的排污系数约在1～5 kg/hm2,但小区人工降雨试验的氮磷排污系数异常巨大,这与人工降雨试验的研究尺度、试验方法是有直接关系的,这种方法忽略了坡度和地表覆盖度,适用的空间尺度小,比较适用于坡面流物质输移的机理研究。自然降雨条件下不同土地利用类型的流域监测实验试图模拟流域干流的污染物实际监测值,它对农业污染的计算易受到流域内其他自然经济因素的影响,比较适用于土地利用类型较为简单的流域面源污染负荷的计算;自然降雨条件下不同土地利用或不同化肥施用量的小区试验比较适宜于研究污染负荷因素的影响,但大部分的排污系数只区分了水田和旱地两种类型,具体到不同作物的排污系数的研究结果比较少。不同排污系数的适用性可在考虑研究地点所处位置、研究结果要求、土地利用类型和作物种植类型的基础上进行筛选使用。
1.2 太湖流域养殖业污染的影响因素及排污系数
1.2.1 养殖业的快速发展带来的影响
养殖业的快速发展、畜禽粪便处理不力、畜禽的规模化发展、土地利用的变化趋势是太湖流域粪便废弃物污染的主要原因。60年代以来我国畜禽养殖业快速发展的同时,在地表径流、运输和利用等各个环节都对环境产生了污染[34]。首先,饲养过程中畜禽粪便排放形成的废弃物、食物残渣以及清洁饲养圈所产生的污泥水,经受雨水冲刷形成地表径流后造成环境污染;其次,粪便在堆放和储运过程中,因为降雨和其它原因进入水体形成污染;最后,粪肥归田后因为得不到有效利用,营养物质随径流进入水体而形成污染。
