农业非点源污染的控制与生态调节技术

农业非点源污染的控制与生态调节技术

肖海涛 沈波 张银龙

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（1江苏省如皋市农田水利试验站，如皋226551；2南通市水利局，南通226006；

3南京林业大学，南京210037）

摘要：本文详细论述了农业非点源污染生态调节与控制的三种途径：农田生态系统管理、建立植被缓冲带、利用湿地生态系统。农田生态系统管理是从源头控制污染发生，通过优化种植制度、土壤合理耕作培肥、合理灌溉技术及病虫害综合防治等措施。包括控制农药化肥用量和用法，使用硝化抑制剂，优化肥料结构，以减少化肥流失量，达到控制植物营养类污染物和农药的产生量，既提高水体环境质量，又保证农业稳产高产。建立植被缓冲带和湿地生态工程是农业非点源污染从产生到受纳水体的生态调节措施，通过合理规划设计，优化结构和植物种类，构成减少农业非点源污染的又一道防线。

关键词：非点源污染；植被缓冲带；湿地；生态系统

Control of Agricultural Non-point Source Pollution

and Ecological Regulating Techniques

XIAO Hai-tao1,SHEN Bo2,ZHANG Yin-long3

(1.Rugao Water Resources Test Station,Rugao 226551,Jiangsu Province,China； 2.Natong Water Resources Bureau,Nantong 226006,Jiangsu Province,China；

3.Nanjing forestry University,Nanjing210037,Jiangsu Province,China)

Abstract: Agricultural non-point source pollution is arising more and more attentions as one of the major causes leading to deterioration of water quality. Agricultural non-point source pollution assessment is the basis of field management and water pollution control, which is significant when carrying out best management practices to farm ecosystems. Three approaches for assessing spatial distribution of agricultural non-point source pollution in farm ecosystems are introduced. In terms of macroscopic management, proposed measures and suggestions on how to control agricultural non-point source pollution ,such as strengthening the comprehensive management of water , air, soil and other ecological resources at watershed scale; making watershed protection plan; carrying out ecological environmental construction in which taking ecological engineering as a core.

Key words: non-point source pollution, vegetation buffer zone, wetland, ecosystem

近年来我国农业中化肥农药的投入量逐年增加，众所周知，如果在化学物质大量使用过程中缺乏有效的控制和管理，极容易给地表水和地下水带来不可逆转的污染。据研究，对于我国的大多数湖泊而言，非点源污染负荷已占50%以上，另外，丰水期河流中污染物的增加主要来自于非点源污染。随着点源治理力度的加大，非点源污染将逐渐构成水环境污染的主要原因[1]。非点源污染是指污染物从非特定的地点，在降水和径流冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体引起的水体污染，包括土壤侵蚀、地表径流、农田农药化肥的流失以及大气干湿沉降等过程。其中农业非点源污染是影响水体环境质量最重要的污染物，同时也降低了农田土壤肥力及其生产力。因此，加强农业非点源污染的研究和控制已成为保护我国水资源的一项紧迫任务。由于农业非点源污染具有形成过程随机性大、影响因素复杂、分布范围广、形成机理复杂、危害大等特点，因而研究和控制难度大，在美国非点源污染已经成为水环境污染的第一要素，60%的水资源污染起源于非点源污染，因而在研究和防治方面早就受到高度重视[2]。而我国对农业非点源污染研究起步于20世纪80年代中期，主要侧重于肥效损失方面，对水资源和生态环境质量影响及控制方面相对落后[3]。本文旨在探讨减少农田非点源污染的控制与生态调节技术措施和途径。 1 农田生态系统管理措施

农田生态系统是指不同作物的种植制度、耕作方式、农药化肥施用方法、灌溉制度等土地利用管理措施相互组合共同形成的生态系统。控制农业非点源污染最有效和最经济的方法是采取适当的农田管理方式，如农作物间作套种、少耕、免耕、喷滴灌、控制农药化肥的用量用法及施用时间等。 1.1 种植措施

采取合理密植、间作、套作和轮作等作物种植体系的科学布局，提高复种指数，减少土地全年和单位面积裸露率，能有效控制土壤侵蚀的强度。农作物种植密度和种植体系视作物品种、播种时间、生育期长短、土壤肥力状况等而异。平原农区一般种植水稻、麦类、玉米、棉花等，以前两者密度最高，地面裸露面积小。玉米植株高，株行距大，地面裸露面积大，同时要考虑根系固结土壤的能力。总之要根据当地的实际情况，在保证作物稳产高产的基础上千方百计提高作物复种指数，以减轻土壤侵蚀。 1.2 耕作措施

不同的农田耕作方式对土壤养分和农药流失产生重要影响。在传统耕作农田中泥沙和养分流失明显高于免耕农田，由于翻耕，农田土壤中矿化作用强烈，硝酸盐的淋失明显大于免耕农田。保护性耕作（如少、免耕）可以改善土壤的入渗性能、土壤物理结构和土壤生产潜力，减少农田土壤及养分流失。特别是在平原高沙土区，频繁耕翻会加速有机质的消耗，极易造成水土流失和养分耗竭。因此在高沙土地区宜采取以少免耕为主体与传统耕作相配套的轮耕制。

1.3 土壤培肥措施 为了提高生产力，现今的农户已基本弃用天然肥料而改用化肥，大量施用化肥加上耕作频繁，土壤的结构狠容易被破坏，加剧水土流失和淋溶的发生，肥料和养分随水土流入河道和地下水中，形成非点源污染[4]。因此农田土壤有效的培肥措施可增加农田有机肥源,，不仅可培肥地力,提高化肥利用率和作物产量，而且可以改善土壤结构和理化性状，增加土壤保肥保水性能，增强土壤的抗冲抗蚀能力，进而减弱地表径流的流量和流速，提高水体环境质量。其主要技术途径有：采用沤、堆、牲畜过腹等多种形式的秸杆还田技术；畜禽废弃物集中处理还田技术；吸喷河泥还田技术，结合疏浚河道，开发利用丰富的河泥资源，弥补农田土肥流失所造成的损失。平原高沙土区从实践中总结出一套利用河道疏浚弃土填塞低塘坑洼，改造中低产田的技术措施，推广应用获得较大的社会经济效益。 1.4 灌溉措施

平原农区农业用水利用率约为10%，而发达国家如日本为30%。由于地表径流中养分和农药流失很大程度上取决于径流强度和径流量，农田使用合理的灌溉措施，可以减少流入水体的养分和农药。稻田实行浅湿干灌溉，稻田施肥耕翻后，放水泡田，要避免大水猛灌，控制水量，耕耙后待土壤沉实再栽插秧苗，水稻生长期间根据不同生育期需要，保持田间干干湿湿，生长期间，除暴雨漫溢外，农田不排水。这些田间灌溉措施可以减少农田中氮磷的外排污染量。

1.5 化肥控制技术

1.5.1 控制化肥的用量和用法

化肥施用形成的非点源污染的原因之一在于化肥的利用率不高，设法控制化肥使用量和提高其利用率是减少养分流失，降低非点源污染负荷最有效的途经。当化肥使用量达到最佳使用量时，农作物对化肥的吸收达到最高，其产量也最高；当使用超过作物吸收能力时，将导致过量养分在土壤中富集、流失，形成非点源污染。按照限氮公式和试验结果，平原高沙土地区氮肥的平均适宜用量（纯氮计）早稻为105kg/hm2，单季稻为120kg/hm2，与当前施肥

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水平相比较，每季水稻可以节约氮肥75-90kg/hm。同时也相应减少氮素的流失，降低了农业非点源氮素污染负荷量。研究发现土壤中氮素的利用率与使用的深度和方式具有密切关系

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[5]

。液态施肥迅速为植物生长提供有效养分，但容易淋失，且持续时间短，在作物生长后期会导致养分匮乏，严格禁止在暴雨前施肥。

1.5.2 调整肥料施用结构,解决好三个适宜比例

通过合理的N：P：K比例、有机肥与无机肥配合施用比例、挥发性氮肥与非挥发性氮肥的比例。为使这三个比例趋于合理化可采取的技术措施有：因此因土因作物施肥，特别是氮肥的适宜用量，应适当减少氮肥用量，以提高肥料利用率；优化氮磷钾肥和有机肥之间的比例，适当增加钾肥和有机肥的比重；实行氮肥深施特别是氨水和碳酸氢铵，防止其挥发损失；选用化肥新品种，如合适的复合肥和长效肥。根据平原农区的经验，在有机肥保证的情况下，每公顷耕地减少75-150kg氮肥是可行的，其减少量占总使用量的17.22%-34.33%。 1.5.3 使用抑制剂抑制硝化作用

我国水稻对氮肥的利用率平均只有33-38%，主要是施入稻田的氮肥大量损失的结果。目前使用较多的硝化抑制剂是氮肥增效剂，如在德国施用尿素和铵态氮时要加入一定量的石灰氮（CaCN2）以控制硝化作用的进行。因为石灰氮转化为碳酸铵需要一定时间，在此过程中产生的双氰胺对硝化细菌有特殊的抑制作用。 1.5.4 合理施用磷肥

磷肥很容易被土壤所固定，淋溶损失很少。但当土壤受到侵蚀时，表土中相当数量的磷将被带进水体。因此，能防治土壤侵蚀的所有技术和管理措施都将减少磷素的损失。在水旱轮作中磷肥在旱作上流失量小，旱作因施磷肥增加的磷排出量只占当年施磷的0.03-0.17%。若磷肥施在稻田，则流失量增至1.31-1.91%。旱作施用磷肥后被土壤固定的磷和形成磷酸铁盐的磷素，在稻田淹水后土壤处于还原条件下，磷的溶解度有所增加，有效磷可比旱田提高2-3倍。而田面水中含量不增加，可减少磷的损失。 1.6 病虫害综合防治措施

通过农业防治、生物防治、合理用药、保护天敌等综合性防治措施减轻病虫害的危害，减少农药使用量，从而减轻农药对水环境的污染负荷。综合防治以农业防治为基础、生物防治为重点、使用农药为辅助。生物防治包含诱导与性外激素、生物农药、绝育等方法，其与生态环境相协调，符合生态系统相互依存、相互制约的规律。根据病虫害情况、作物种类和生长状况选用农药，严格控制农药的使用范围、施用量和次数，改进施药方法。开发高效、低毒、低残留农药，发展微生物农药，取代原有剧毒、高残留农药，争取提高生物农药比例，如用新的昆虫生长调节剂取代氨基甲酸酯类农药，每亩仅需用5-6g，效益可观。 2 建立植被缓冲带

利用不同植被对土壤养分吸收能力的互补性和对农业非点源污染的截留、过滤能力，在农田与水体之间建立合理的林带或草地过滤带将农田与水体隔开，可以有效地减少农田地表和地下径流带来的非点源污染物。在平原地区建立植被缓冲带最常见的模式是农田防护林带，合理的林带不仅可以固岸护坡滞缓地表径流，固持土壤颗粒，同时可大量吸收地表和地下径流中氮、磷等营养元素，减少农田生态系统养分流失及由此而产生的水质污染。国外研究发现，氮在岸边植被带的截留率为89%，而农田作物的截留率仅为8%，磷的截留率分别为80%和41%，可见乔木植被带截留和调节控制氮、磷的能力比农作物强得多。因此，在农田防护林带规划和设计中，在考虑其防风固沙、改善气候、防御自然灾害等宏观生态功能的同时，还要结合当地农业非点源污染的特点和规律，在树种选择、林带宽度、范围以及林带模式设计中，应尽量选择多吸收、过滤、截留农业非点源污染的树种和模式，达到生态调节功能、污染防治功能、景观功能与经济效益的和谐统一。 3 湿地生态工程

在农田生态系统增加一些湿地面积，可以有效地消减农业非点源的污染负荷。广大农村地区存在的多水塘景观（在农村和农田中人工修建许多面积不大的水塘）在截留农田中氮、

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磷及农药方面具有重要作用。有150个人工水塘的巢湖水流域，水塘面积不到5%，但可以截留该区域径流中90%的养分。自然湿地系统还能丰富生境与景观的多样性，在维持农田系统的生物多样性和稳定性具有重要作用。也可利用废洼地、坑塘建立人工湿地系统，特别适用于村镇生活污水、畜禽废弃物以及农田非点源污染物的净化，既节约土地，又节约成本。

人工湿地是一种由人工建造和监督控制的类似沼泽的系统，在一定长宽比、一定坡度的地块中，由土壤和填料组成填料床，使污水在床体的填料缝中或在床体表面流动，床体表面可种植芦苇或凤眼莲等植物，形成一个独特的动植物生态系统，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物作用来实现污水的净化，如在表面种植芦苇则称芦苇人工湿地处理系统。

根据河海大学研究提出的湿地生态工程产业化开发模式，芦苇人工湿地生态工程：日处理废污水量1万吨，污水停留时间7天，占地面积25.7hm2，基建投资1690万元（其中征地费用1540万元），年产芦苇816.7吨（干重），芦苇收购价300元/吨（干重），COD、总氮、总磷去除率分别为80%、60%、和50%，管理费用0.02元/m3。 总的来说，湿地作为陆地释放某些物质的过滤器的功能已备受关注，利用湿地处理污水和污泥已取得一定成果[6]。湿地生态工程投资少，运行费用低，易于维护管理，运行比较稳定，处理效果好，不仅能吸纳大量有机物，还能除去农业非点源污染带来的氮、磷等植物营养类污染物质。

[参考文献]

[1]. 张水龙等，流域农业非点源污染的控制对策研究，水土保持研究，2002，9（4）38-40 [2]. 贺缠生等，非点源污染的管理及控制，环境科学，1998，19（5）87-91

[3]. 鲍全盛等，我国水环境非点源污染研究进展，环境科学进展，1995，3（3）31-36 [4]. 伍世良，香港水土流失及其防治研究，水土保持研究，2001，8（4）86-90

[5]. 艾应伟等,N肥深施深度对小麦吸收利用N的影响，土壤学报，1997，34（2）146-151 [6]. 李贵宝等，湿地植物及其根孔在非点源污染治理中的展望，中国水利，2003，4A 51-52

[作者简介]

肖海涛 男 (1970-) 33岁 工程师 主要从事农田水利试验和水土保持工作 联系方式：江苏省如皋市农田水利试验站（磨头镇天阳村） 邮政编码：226551

电话：(0)13063556658

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