農業麵源汙染防控與水環境保護研究展望

北極星環保網訊:農業麵源汙染正成為我國地表水體的主要汙染負荷來源，威脅水生態健康和水環境安全。文章分析了農業麵源汙染的特徵及其主要的形成原因，總結了當前主流的防控技術與策略，重點闡述了從全局防控農業麵源汙染的「源頭減量(Reduce)—過程阻斷(Retain)—養分再利用(Reuse)—生態修復(Restore) 」策略(簡稱「4R策略」)。深入剖析了當前農業麵源汙染防控存在的問題，並從深化基礎研究、強化生態係統服務功能與促進區域聯控，以及農業麵源汙染防控技術的物化方麵進行了展望。

地表水體(如河流、湖泊和海洋)的汙染來源分為兩種：點源和麵源汙染。點源汙染由於其排放時間、地點和成分基本已知，易被監測到。隨著公眾意識和監管力度的提高，點源汙染正逐步得到全麵控製，麵源汙染正成為地表水體汙染的重要汙染源，是當前全球麵臨的主要環境問題之一。過量氮(N)、磷(P)等麵源汙染物進入地表水體，正是造成我國諸多湖泊、水庫和海灣富營養化和有害藻類「水華」爆發的重要原因之一，嚴重威脅我國水環境安全。

麵源汙染按照來源的不同，可細化為農業麵源汙染和城市麵源汙染。隨著城市汙水收集管道和雨汙分流工程的建設，城市麵源汙染正逐步得到解決。相對城市地區，農業麵源汙染不但多年來一直是我國「三河三湖」汙染的主要汙染源，也漸成為農村地表水體汙染的主要貢獻者，嚴重威脅全國人民的飲水安全。據2010年《第一次全國汙染源普查公報》結果顯示，農業汙染源是造成我國水環境汙染的「大戶」，其化學需氧量(COD)、總氮(TN)和總磷(TP)排放分別佔地表水體汙染總負荷的43.7%、57.2% 和67.4%(圖1)。可見，農業麵源汙染已經成為當前地表水體汙染的主要來源。全球每年用於糧食生產的1.2億噸氮中，隻有 10%被人類直接消費，大部分未使用的氮則被分散到廣泛的環境中，最終匯入地表水體，成為主要的麵源汙染源。農業則是導致過量養分排放到水體中的最主要驅動因素。研究表明，太湖約 58%和40% 比例的總氮和總磷來自於農業產生的麵源汙染。

為了消除農業汙染問題，我國政府明確提出，2020年中國將形成「環境友好型、資源節約型」的兩型農業。因此，迫切需要開展農業麵源汙染源防控工作。本文分析了我國農業麵源汙染產生的原因和特徵，歸納了當前主流的農業麵源汙染控製措施和策略，並針對當前農業麵源汙染控製還存在的問題提出了研究展望。

1 農業麵源汙染特徵及其形成原因

1.1 農業麵源汙染的特徵

農業麵源汙染通常產生在廣闊的領域，無法追蹤其具體的來源，產生時間和汙染物的濃度。排放時間、頻率和組成的不確定，被稱為農業麵源汙染的「三大不確定性」特徵，這極大地增加了麵源汙染防控的難度。

(1)來源的廣泛性和複雜性。農業麵源汙染的來源廣泛，包括化肥、農藥流失和滲漏、農村地表徑流、未處理的生活汙水的排放以及暴雨導致的初期生活汙水的漫流、畜禽養殖以及漁場養殖廢水的排放和水土流失等都是農業麵源汙染的來源。

(2)排放過程中的不確定性和不可計量。農業麵源汙染的排放過程具有明顯的不確定性，並且不能量化。化肥和農藥的使用量具有明顯的個體差異性，汙水的排放量的多少也是隨機發生。此外，由於降水的不確定性，導致農業麵源汙染在時間和空間上的不確定性和隨機性。

(3)汙染水體規模大且治理難度大。由於農業麵源汙染來源和排放過程中的不確定性，大量的汙染源通過地表徑流或者地下徑流進入江河湖泊，進而形成規模大且濃度低(TN濃度<10 mgL-1，TP濃度<2mgL-1)的江河湖泊汙染，這種規模大而且濃度低的特徵導致了農業麵源汙染治理的難度更大。

綜上所述，農業麵源汙染物的形成與發展涉及汙染物的運輸與轉化。在集約化農田，土壤和水中的養分濃度比地表水高很多，這種濃度梯度加速了養分從土壤向地表水擴散、輸送，導致農業麵源汙染負荷向就近地表水體遷移。

1.2 農業麵源汙染形成的原因與特徵

隨著社會和經濟的不斷發展，農村的產業結構和生活方式也不斷發生變化。因此，包括農業生產和農村居民來源在內的麵源汙染源排放量不斷增加，地表水受到嚴重汙染。農業麵源汙染的形成和產生高度依賴於氣象條件，例如降雨，並且通常是間歇性的而不是連續性的降雨。一般來說，在發展中國家，包括農田、畜禽、水產養殖、農村徑流和分散式生活汙水在內的農業源是造成麵源汙染的主要原因。此外，在山區，不適當的土地利用和隨之而來的水土流失也會造成農業麵源汙染。

(1)農藥化肥的流失。在20世紀50年代綠色革命爆發之後，無機肥料、有機肥料和農藥的投入迅速增加，成為全球和中國獲得作物的高產量和間接提高畜牧生產的主要手段。隨之而來的結果是，農業麵源汙染物排放強度和頻率也相應的大幅增加。中國是世界上最大的合成氮肥用戶，然而，這種以農業化學為基礎的集約化農業是農業麵源汙染的主要貢獻者，也是重要的溫室氣體甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)貢獻者。N2O通過大氣沉降或隨降雨，以氣體的麵源汙染形式進入地表水體。中國農業部的一項調查顯示，稻田的氮素利用率為30%—35%，而磷利用率則僅為10%—20%。全球範圍內，養分利用效率普遍低下，導致農田徑流中TN、TP排放量普遍增加。農田中這些養分的釋放已成為農業麵源汙染的主要來源。

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