农业面源污染与控制.ppt

第三讲 农业面源污染与控制 一 我国农业环境污染特点 一 我国农业污染的主要特点与原因1 主要特点 1 污染严重 危害巨大半个多世纪以来 我国农业取得了举世瞩目的辉煌成就 实现了农产品供给由长期短缺到总量基本平衡 丰年有余的历史性转变 但同时也付出了沉重的资源环境代价 近年来 我国氮肥的年使用量达到全世界的近30 由于施用过量 利用率低 每年有1500万t的纯氮流失 大量施用的农药除30 40 被作物吸收外 大部分进入了水体 土壤及大气环境中 每年农业产出6 5亿t秸秆 约有2 3被焚烧或变成有机污染物 农业源排放CH4占我国CH4排放总量的80 排放N2O占我国N2O排放总量的90 以上等等 由于长期不合理的农药 化肥 除草剂 生长调节剂等化学合成物质的大量施用 农业自身废弃物的不当处置 污水灌溉 三废 不达标排放 酸雨等 造成我国农业污染不断积累和加重 受乡镇工业污染造成的农业经济损失每年均在100多亿元以上 全国受 三废 和农药严重污染的耕地约占全国耕地总面积的16 每年污水排放量约350亿t 其中80 不经任何处理直接进入江河和地下水 污水灌溉面积占全国总灌溉面积的7 33 全国受重金属污染耕地超过2000万hm2 每年畜禽粪便排放量近30亿t 无害化处理不足5 每年有40万t地膜废弃在农田里 形成对耕地的白色污染 这些污染物不仅危及某个 点 和 面 而且还通过时空迁移 转化 交叉 镶嵌等过程 产生新的污染 甚至形成循环污染 在更长时间内 对更大的生态系统发生危害 严重危及我国食品安全 农业生态环境安全 公民健康 农产品国际贸易和农业的可持续发展 2 由单一污染向复合污染发展随着工农业生产的发展 农用化学品种类越来越多 目前普遍使用的农用化学品有10万种之多 污染物之间的共存和交互作用 构成了农业生态系统复合污染的 源泉 目前我国受复合污染的农田面积不断扩大 尤其在农业发达地区 农业的复合污染增加了污染治理的难度 传统的单项治理技术已很难有效解决农业复合污染存在的问题 其治理需要新的思路 3 从东部向西部扩展蔓延西部大开发使某些污染严重的企业西迁 污染转移 西部自身发展中资源的不合理开发和废弃物的不当处置 农业投入加大 农用化学品使用量增加 大气中污染物从东部向西部的远距离扩散等等 使我国农业污染有向西部扩展蔓延的趋势 4 农业污染表现出立体特性 我国农村过量和不合理地使用化学品 未经处理的畜禽粪便 农业废弃物 农村生活垃圾 废水 以及工业对农业的污染等 是造成农业污染的直接因素 污染物的迁移和转化 从而引发土壤污染 地下水污染 生物污染 挥发性污染物向大气的排放造成大气污染 如施用的氮肥中约有一半挥发 以N2O气体形式逸失到空气里 N2O是对全球气候变化产生影响的温室气体之一 从而形成了 从地下到空中 的立体污染 2 我国农业污染防治中存在的主要问题 1 存在 先污染 后治理 误区在我国以经济发展为中心的方针指导下 一些地区在农业发展上过分强调经济效益 而不惜牺牲环境代价 从而走了一条 先发展经济牺牲环境 后治理 的发展模式 这是一种极端不合理的发展模式 治理的费用会更大 得不偿失 而且末端治理往往不能从根本上消除污染 在很大程度上是污染物在不同介质中的转移 甚至形成治不胜治的二次污染 防治污染必须转变思想 从源头控制上下功夫 走发展经济和保护环境的 双赢 模式 2 缺乏污染防治的系统观念和技术体系农业污染是复杂的复合污染 其防治是一项复杂的系统工程 以往的单项治理技术虽然在解决特定污染方面具有一定作用 但面临当今农业复杂污染的局面已经远远不能有效解决问题 必须充分理解农业污染是基于水体 土壤 生物 大气系统的农业立体污染的现实 树立农业生态系统整理性和系统性观念 以生态学理论为指导 以生态系统管理与调控为基础 树立农业生态系统 整体 协调 循环 再生 的生态农业理念 建立农业立体污染防治的生态技术体系 从源头和全过程进行污染控制并结合污染生态系统修复技术 使农业生态系统重新走上健康发展道路 3 农民环保意识薄弱 农产品质量价格不匹配 我国的农民文化水平普遍较低 环保意识薄弱 经济利益是他们追求的第一性利益 目前 我国农产品市场还没有真正使优质环保农产品的价格得到保护 不利于调动农民参与环保的积极性 农民是防治农业污染的 主力军 保护农民利益 提高优质环保型农产品价格 是提高农民环保意识 推进农业污染防治的重要举措 只有这样 才能最终实现农业生产发展 农民增收和环境保护的多赢效果 二 中国农业面源污染的防治 一 中国面临严峻的水环境污染问题充足的 清洁的水源是保障社会文明和经济发展的前提 进入21世纪 随着中国人口的迅速膨胀 经济 物质生活的高速增长 高化肥用量的集约化农业的发展 无论是在东南沿海等经济较为发达的地区 还是在一些尚较贫困的偏远地带 许多湖泊 河流 近海域都出现了严重的富营养化问题 严重影响了这些地区的水质 根据世界银行和中国有关专家的研究 水污染在中国造成的经济损失约占GDP的1 46 2 84 水体的氮 磷富营养化是中国水污染的核心问题 如太湖 巢湖水质按COD指标评价 多数可达到地面水三类标准 全国其它主要湖泊 水系 制约水体水质的主要原因基本上也是总氮 总磷浓度高 水体富营养化 eutrophication 概念 水体中N P等营养元素大量增加 远远超过正常的含量 导致原有的生态系统破坏 使藻类和某些细菌的数量激增 其它生物种类减少的现象 指标 N 0 2 0 3mg L P 0 01 0 02mg L 生化需氧量 10mg L 细菌总数 105个 叶绿素a 10 g L 2 集约化农区地下水硝酸盐污染十分严重 中国许多地区特别是农业集约化程度高 氮肥用量大的地区 已面临着严重的地下水硝酸盐污染问题 自1994年以来中国农业科学院在北京 山东 陕西 河北 天津等地20个县600多个点位的抽样调查显示 在北方集约化的高肥用量地区20 地下水硝酸盐含量超过89mgNO 3 L 1 中国饮用水硝酸盐含量限量标准 45 地下水硝酸盐含量超过50mgNO 3 L 1 主要发达国家饮用水硝酸盐含量限量标准 个别地点硝酸盐含量超过500mgNO 3 L 1 二 我国水污染的主要驱动因素和发展趋势 1 主要驱动因素 1 高氮 磷肥料用量的菜果花 蔬菜 水果 花卉 农田面积大幅度增加菜果花作物效益高 农药 化肥和有机肥的超高量使用十分常见 31个省20余种作物的调查显示 菜果花农田上单季作物氮化肥纯养分用量平均为569 2000kg hm 2 为普通大田作物的数倍甚至数十倍 而作物氮素吸收总量一般不超过400kg hm 2 氮肥利用率仅10 左右 远低于中国大田作物的平均氮肥利用率 35 成为流域水体富营养化最大的潜在影响因素之一 个重要原因使得高肥料用量的菜果花农田成为上述流域水体富营养化最大的潜在威胁 其一 土壤富含水溶性氮 磷 成为氮 磷污染物释放源 其二 集约化种植方式下 各种速溶性肥料的频繁施用 极易造成降雨与施肥期的偶合 引发大量的农田氮 磷径流损失 其三 在中国南方河网地区 纵横交错的河网 渠系成为连接陆域农田与主河道 湖泊水体的直接通道使得距离主河道和湖区较远的农田 即使在地表径流较小的条件下 也很容易形成面源污染 2 农村畜禽养殖 方面的情况使得农村畜禽粪便污染已成为农业面源污染的主要来源 第一 在畜禽存栏量成倍增长的同时 一方面农村城镇化的发展和城镇建设占地 使得可有效消纳畜禽粪便的农田面积不断减少 另一方面 产业带的发展模式造成养殖专业户集中于某些地区 使得农村一些村 镇本地的人畜禽粪便产生量已经大大超出当地农田可承载的最大负荷 在经济发达的流域 这一问题更为突出 第二 养殖规模的变化导致畜禽养殖粪便与农田的距离拉大 而规模化养猪场常用的水冲式清粪方式 造成猪场的流质厩肥体积庞大而养分含量低 使得将这些粪水运往农田的费用大大增加 第三 目前绝大多数农村畜禽场贮粪池建设不规范 密封性差 容量小 由于缺少场地 一些小型的家庭养殖场 将畜禽场清出粪便随便堆放 有机肥施用受作物生长季节的限制 在有机肥使用淡季时 贮粪池常溢满外泻 降雨时 堆放和外泻的粪肥冲入河沟 易形成大量氮 磷径流 3 城乡结合部地带的生活 生产排污 中国城乡结合部地区是经济发展最为迅速 农村城镇化发展速度最快的地带 在所有流域 城乡结合部基本都处于近水域地带 不仅人口密集 而且小型的乡镇企业密集 由于农村地区原有基础设施跟不上 处于这一地区的绝大多数城镇没有排污管网 又因为距离农区较远 难以通过农田施肥消解城镇生活 生产产生的固液废弃物 太湖 滇池流域许多地区是通过小型的沉淀池将生活污水 小企业的生产污水就地排入污水沟或河道 再直接进入主河道或通过降雨径流进入主河道或入湖 在各大流域城乡结合部地区的面积 总人口及相应的生活 生产排污量都超过基础设施好的城市地区 中国农业科学院土壤肥料研究所的研究结果显示 在太湖流域 来源于农田 农村畜禽养殖业 城乡结合部地区的总磷分别为20 32 和23 总氮分别为30 23 和19 贡献率超过来自工业和城市生活的点源污染 对滇池流域和其它流域的初步研究结果也获得同样的结论 2 面源污染发展趋势 21世纪初期中国面源污染的影响将继续升级 其原因有四个方面 1 菜果花生产的进一步发展菜果花生产对中国农业产业发展和农民生存竞争有很大优势 面积还将继续增长预计最近几年内各主要流域菜果花种植面积仍将大幅提高 由于菜果花生产属于新兴产业 缺乏相应的技术储备 缺乏适合当地农民采用的技术标准 因此 过量施肥的现象很难在短期内迅速扭转 土壤氮 磷养分富集还将继续 菜果花农田对水体富营养化的潜在威胁将有增无减 2 畜禽养殖业也将继续增长 与菜果花生产类似 目前畜禽养殖业仍保持增长的势头 对滇池 五大湖泊 三峡库区的分析结果显示 除太湖外 目前这些流域猪存栏量平均年递增2 禽存栏量平均年递增7 5 太湖流域猪存栏略有下降 禽存栏量仍在继续增加 平均年递增约2 3 农村城镇化将继续有较快发展 中国人口众多 仅靠原有大城市很难消化向非农行业转移的庞大农村劳动人口 小城镇的迅速发展成为带动农村经济繁荣和推动城镇化进程的重要力量 发挥着农村地域性经济 文化及各种社会化服务中心的作用 发展小城镇已经成为中国的一项国策 预计在21世纪初期 随着国民经济的快速增长 所有流域地区农村城镇化将继续保持较快增长 4 对症下药的控制对策十分微弱 21世纪初期在中国重要的流域地区 菜果花种植面积 畜禽养殖业和基础设施较差的城乡结合部地区城镇化将继续增长 而目前各地对这三方面发展可能对环境产生负面效应的控制却十分微弱 中国农业面源污染形势严峻 治理难度超过发达国家 中国农业面源污染引起水域富营养化的程度和广度已经远远超过发达国家 而潜在的压力更是其它国家无法与之相比的 由于这一问题关乎农民收入 农村地区基础设施建设 农业产业政策 使得治理难度远超过发达国家 三 水体污染控制对策 1 点源污染与面源污染的界定与分类控制点源污染最简单明确的定义是 污水在排放点通过排污管网直接进入水体 面源污染中 氮和磷养分 农药等污染物是在一块地或一个区域如农田 园地 高尔夫球场上 通过地表径流 土壤渗滤进入水体 图 面源污染 按其来源不同 又可以划分为不同类型 1 农田径流 淋溶或侧渗 2 畜禽场和放牧草场的径流 3 城乡结合部无污水管道和垃圾处理系统的城区和大乡镇场地径流 4 农村小村落生活面源 5 湖泊 河流上的家禽和水产养殖 6 矿山径流 面源中的 1 2 3 是水体污染的主要原因 其贡献率总计超过 远高于来自工业生产与城市生活排污造成的点源染 面源污染特点 由于地表径流和土壤渗滤与降雨关系密切 面源污染的发生主要受降雨影响 具有间歇性 又由于在一块地上地表径流和土壤渗滤过程主要受土壤类型 土地利用类型和地形条件的影响 因此 面源污染发生的强度受发生地点的特定土壤类型 土地利用类型和地形条件的影响 具有地点特异性 对点源污染的治理可在排污口配置污水处理装置 对污水进行处理 使排放水达标 或通过废水回用 减少总排放量 由于这种控制是在污染源或污染过程的末端进行的 称之为末端控制 末端治理的前提是实现污水的集中收集 由于面源污染具有间歇性 地点特异性的特点 第一 对面源污染的监测和其在水体污染中贡献率的客观评价十分困难 因而 至今在国际范围内尚无成熟和标准化的控制技术和监测技术 第二 末端治理技术很难有效地控制面源污染 在旱季 很少有农田和场地径流 这一期间开动污水处理设施只能空耗设备运行费 而在雨季 一场大雨 产生大量径流 流量在短时间内剧增 往往又超出污水处理厂的设计负荷 需要启动泻洪道 难于进行有效的污水处理 我国在水污染治理中存在最主要的问题是没对点源和面源污染进行分类控制 在流域治污上 近年来虽然也制定了不少农业环境方面的相关法规和技术标准 但这些标准主要是污水排放标准 依然为末端控制的体现 例如 为减少和控制畜禽场造成的面源污染 从中央到地方来出台了一系列农村畜禽场排放污水的标准 然而对中国农村大量调查显示 除极少数政府投资的形象工程外 中国能采用污水处理设备的畜禽养殖场很少 实际上 即使在对农民有巨额补贴的欧洲国家 农民也无力支付对畜禽养殖场污水处理费用 因而这些标准在控制畜禽场造成的面源污染上基本不具实际意义 对农田造成的农业面源污染 应采用源头控制策略 一是在全流域范围内大力推广农田最佳养分管理 杜绝农田氮 磷肥料的过量施用 二是分区控制 在水体富营养化严重的流域 从水源保护的需求出发 根据各大流域气候 水文地质 地形 农田土壤条件 充分考虑当地农村经济条件和现有种植结构 最大限度照顾农民利益 合理划定流域内不同级别水源保护区 在发展农业 提高农民收入和有效减少农田对水体富营养化贡献两种不同目标间达成一定程度的妥协 制定并试行水源涵养地 水源保护区的限定性农田生产技术标准 对各级保护区允许的农田轮作类型 施肥量 施肥时期肥料品种 施肥方式进行限定 学习欧洲的做法 依托流域管理部门和农村农业技术推广体系 建立源头控制的监督体系 健全相关的监控标准和机制 对畜禽养殖业面源污染应以在较低成本下促进畜禽粪便还田为目标 目前在中国各主要流域 对面源污染影响最大的为养猪场 养牛场 这些养殖场无论规模大小 通常为水冲式清厩方式 排放的流质厩肥体积庞大而养分含量低 既难以直接销售或加工后作为商品有机肥利用 又难于长距离运输 应当通过对流域内不同级别水源保护区畜禽场农田最低配置 化粪池容量和密封性 清粪方式等技术标准的限定 通过对流质厩肥运输装备施肥设备技术改造和规范农田施用技术 提高有机肥利用率 优化养分资源的综合管理 使流域畜牧业和种植业 农村发展相互适应并相互促进 减少畜禽场氮 磷径流损失 2 加强农业面源污染控制的科技基础性工作 许多国家的实践已经证明 面源污染控制的关键措施之一是制定和执行限定性农业生产技术标准 而科技基础性工作是保证标准的科学性和合理性 从而保证其可操作性和效力的基础 目前对不同气候 土壤和栽培条件下 不同作物 不同轮作模式的需肥规律和肥料类型 施用水平 施肥方式对环境的影响基本没有进行过比较系统的试验研究 目前有的地方为控制面源污染 提出农田化肥用量减半的目标 这种不考虑作物类型 土壤条件 施肥期 肥料品种 一刀切的规定对面源污染的控制不一定有效 却很可能极大影响农民收益和国家利益 目前针对造成中国水体富营养化的主要成因 各流域进行农业面源污染源头控制急需制定的限定性农业生产技术标准有 水源保护区 水源涵养地种植作物类型与轮作类型限定 水源保护区 水源涵养地不同自然与生产条件下 肥料类型 施肥量 施肥期 施肥方法规定 水源保护区 水源涵养地不同自然与生产条件下农田灌溉和排水规定 畜禽场固液废弃物化粪池容量 密封性的规定 畜禽场固液废弃物贮放 运输 无害化还田技术标准 畜禽场农田最低配置的规定 水源保护区 水源涵养地对农村畜禽养殖与水产养殖的限制性规定 在水源保护区 水源涵养地对农村生活固液废弃物处置的规定 3 开发适合中国农村和农民条件的农田施肥技术 中国的许多环境问题均与农民施肥不合理有关 而肥料利用率低下的问题早已为科学界认知 十多年来 研究人员为提高肥料利用率付出了巨大的努力 进行了许多相关研究 在施肥技术体系方面的研究并不亚于发达国家 但客观的说 对广大农村的促进不大 其主要原因是 适合中国农村条件 特别是各地农民不同经营方式 施肥习惯的技术没有作为研究重点 许多技术没有考虑农民对技术的承受能力 中国农民经营规模小 专业化水平低 一些在发达国家行之有效并早已推广的施肥技术 难以成为中国分散农户生产的常规技术 4 完善流域治理中对农村和农业面源污染源头控制的监督体系和奖惩措施 对面源污染的控制 则需要源头控制的监督体系和相应机制 我国目前无论是在重要的水源保护区 还是水体污染已很严重的流域和高污染风险地区 均无源头控制的监督体系和相应的奖惩措施 对农民和农村农资供销专业户不规范的生产 经营行为缺乏指导和监督 为此应依托流域管理部门和农村农业技术推广体系 建立源头控制的监督机制和体系 在水体污染严重的流域和高污染风险地区 采用绿箱政策 试行水源涵养地 水源保护区的限定性农业生产技术标准 鼓励和推动环境友好的替代技术和限定性农业生产技术标准的广泛应用 对造成严重环境影响的不规范生产行为实施相应的惩罚措施