于 水
(南京大学公共管理学院,江苏南京210093)
摘要:随着城市化和工业化的发展,公共突发事件应急管理得到了政府、社会更多的关注。研究在借鉴国际流域管理成功经验的基础上,融合水环境科学与工程、土地资源管理、农业经济管理等理论,综合分析了太湖地区农业生产结构与布局、农村产业组织对农业面源污染影响以及太湖流域农业面源污染的现状、成因等,为建立能够有机统筹“流域(政府)-地区(产业)-地块(农户)”的流域农业面源污染防控公共政策体系提供理论基础和政策指导。
关键词:太湖 公共危机 面源污染 治理
2007年5月太湖蓝藻大规模暴发事件直接造成环太湖城市用水安全问题,再度给我国非常规突发事件应急管理工作敲响了警钟。该事件暴露出太湖污染防治工作中存在着水体管理体制、水项目研究体制等诸方面问题。湖泊污染综合治理,特别是太湖污染综合治理得到了上至国家下至地方的高度重视。温家宝总理做出了重要指示,要求国家有关部门和江苏及沿太湖各市查明原因,提出措施,以更大的力度彻底整治太湖。面对日趋严重的太湖污染,一方面是对水处理技术提出了新的挑战,更为重要的是对水环境保护与治理提出了新的挑战。
一、流域农业面源污染的控制与管理述评
目前,关于流域农业面源污染的研究主要涉及流域农业面源污染的发生机制、流域农业面源污染的模拟与模型研究、流域农业面源污染的控制与管理等。农业面源污染是指农业生产活动中,溶解的液体或固体污染物(农田中的土粒、氮素、磷素、农药、重金属及其农村家畜粪便与生活垃圾等有机或无机污染物)从非特定的区域,在降水和径流冲刷作用下,通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏,使大量污染物质进入受纳水体(如河流、湖泊、水库、海湾等)所引起的水体污染。关于农业面源污染的发生机制的研究包括降水径流过程、土壤侵过程、地表溶质进出过程和土地溶质渗漏过程4个方面。基于对土地利用与农业面源污染内在联系的认识,学者们在化肥农药施用,农田耕作状况,土地利用类型与景观等方面展开了大量的研究。农业面源污染模型化过程经历了4个阶段:20世纪70年代,主要是关于农业非点源污染特征、影响因素、单场暴雨和长期负荷输出等方面的研究,提出了通过土地侵蚀量方程(USLE)等基础模型;第二阶段(70年代中后期),农业非点源污染模型研究转向主控因子和源区(危险区)空间分析,以及污染迁移和转化研究,出现了一系列的机制模型和连续响应模型,如农业化学品运输模型(ACTMO);第三阶段(70年代后期到80年代),非点源污染模型逐渐向实习方向发展,开发出含有经济评价和优化内容的非点源管理模型,包括化学污染物径流负荷和流失模型(CREAMS)及其改进应用模型;20世纪90年代至今,加强了3S技术与农业面源污染模型的结合与应用,非点源污染负荷估算相关的流域开发方案、非点源污染管理模型与非点源污染风险评价成为应用模型研究的最新突破点。运用土壤养分流失模型分析N、P流失及其影响因素,利用等标排放量的方法对各种污染源的污染负荷评价,加强遥感技术和GIS在农业非点源污染的宏观预测中应用,利用水动力学与污染物迁移机理初步建立了较为完整的流域非点源污染模型系统。在农业面源污染机制研究不断深化的同时,流域农业面源污染管理和控制研究也取得了显著的进展。其中,最具有代表性的是综合治理(Intergrated Management)策略和最佳管理措施(BMPs),前者强调从自然、经济、社会各方面出发合理利用和保护流域水资源水环境,后者则强调工程措施和管理措施,其中管理措施包括养分管理、耕作管理和景观管理三个层次,从源头上鼓励发展生态农业,采用科学管理方式,减少化肥农药的施用量,或者在污染物迁移过程中,因地制宜地选择轮作、套种、免耕草地过滤带等,或者从农田景观出发,通过设计植被缓冲带、湿地景观等,截流污染物。当前,从流域综合管理的角度来解决农业面源污染的思路已经被广泛接受,但有待开发更加完善的制度基础和更加切实可行的操作方法。
二、国外农业面源污染控制与治理的经验与启示
早在上个世纪60年代,许多西方国家和日本就开始被湖泊污染所困扰,如美国的五大湖区、日本的琵琶湖、霞浦湖都有过蓝藻暴发经历。这些湖区经过多年的治理,都取得了不同程度的成效。从上个世纪70年代开始,日本滋贺县由于人口剧增和工业发展,大量生活和工业用水流入琵琶湖,是该湖逐渐从一个贫营养湖变为富营养湖。于是日本不得不经历了历时25年、耗资185亿美元、工程浩大的治理活动,最终逐渐使该湖从V类恢复到可饮用的水质标准。但在日本的霞浦湖,尽管也花了大量的人力、物力、财力,由于只是将外源污染降到历史最低,内源污染还远未削减到位,故蓝藻水华时有发生。因此只有在严格控制工业废水、生活污水、农林业面源污水过量、无序、无处理排放的同时,人力削减水体中的氮、磷营养盐,才可能从根本上解决问题。可见,湖泊富营养化可以控制、能够改善的,但任重道远,耗时、耗资巨大。
世界水污染治理的一个发展趋势表现为流域管理的地位越来越突出。流域是地球相对独立的自然综合体,以水为纽带,将上下游、左右岸连接为一个不可分割的整体。人类的长期生息运作,使得水资源系统不断发生巨大变化,导致资源结构恶化,短缺矛盾加剧,环境污染加重,生态环境日趋脆弱,自然灾害剧增,湖泊以及流域上下游、部门之间的利益冲突和矛盾日益尖锐。国外水资源管理经验表明,以流域为单位进行的水-土资源综合管理符合水环境问题产生的自然规律,是实现资源、环境与经济社会协调发展的必要途径。美国20世纪30年代以来开展了田纳西流域管理(TVA),欧洲于20世纪50年代构建了莱茵流域管理(ICPR)模式。实践上,尽管中国水资源流域管理作出了初步的探索,如松花江管理模式、江西山江湖模式、太湖流域管理模式等,但总体上看,流域管理实践还相当薄弱,表现为多以行政区域管理为主,流域管理意识不强,管理内容不清,流域规划缺位,资源开发、产业选择和空间布局错乱无序,部门之间和行政区域之间利益冲突加剧,流域资源难以实现可持续利用与发展。
世界上对面源污染的研究集中在三个方面:(1)富营养化是蓝藻暴发的主要原因。湖泊富营养化是当今世界最主要的水污染问题之一。湖泊富营养化的原因主要来自于城市生活污水、生活废水等点源污染和农林业化肥、水体养殖污染、湖内底泥等面源污染。在我国环太湖地区,随着经济持续快速增长和人口不断增加,大量富含氮、磷等营养物质的城市污水、工农业废水流入自然水域,使水体透明度下降、溶解氧含量降低、水质恶化,严重时发生“水华”,形成水变腥变臭、水生生物死亡、自来水过滤障碍问题,这与世界很相似。(2)藻毒素的危害甚于氰化钾。世界各地的大量事实证明,在富营养化的湖泊中存在一些毒藻种类,由毒藻引起的毒害在澳大利亚、美国、芬兰等国家都发生过。产生毒素的典型藻类由微襄藻类、鱼腥藻、颤藻等,其中微襄藻毒素在世界各地的富营养化湖中都能检测出来,其毒素比氰化钾高60倍,能诱发肝癌。根据世界卫生组织制定的饮用水水质指导标准,微襄藻毒素—LR的浓度应低于1ug/l,而在亚洲的许多水华集中湖岸地区,微襄藻毒素浓度比标准高出1,000—10,000倍。另外有些蓝、绿藻本身也释放出对鱼和人类有害的化学物质。因此,由有毒藻类引起的动物和人类疾病和死亡的事件相继发生,受害动物包括牛、马、猪、羊和家禽等;人类由于饮用含有微襄藻毒素的水致死的案例已达54人。(3)脱磷除氮是关键。目前国际上一致认为,同时控制外源性和内源性的氮、磷营养盐,内外结合根治污染是缓解富营养化进程、控制蓝藻水华的根本性措施。日本湖泊水华的研究表明,1mg磷可产生约100mg藻类(干藻重量)、1mg氮可合成10mg藻类。污水处理如果只去除有机物COD,而没有有效的去除氮和磷,那么含有大量氮和磷的处理水在湖泊等多次实验证明,用COD处理到了20mg/L,但T-N为30mg/L,T-P为3mg/L的污水做藻类增殖潜能实验,结果是每1L的处理水可以产生500mg藻类,约合COD250mg(蓝藻类重量1mg=0.48mgCOD)。因此除磷和氮对于防治富营养化至关重要。
根据污染的来源,水污染可分为点源污染和面源污染(非点源污染)。随着世界各国的点源污染得到控制,面源污染已经成为导致水环境恶化的主要原因,同时由于面源污染的发生具有随机性,排放途径及排放污染物具有不确定性,污染负荷的时空差异性大等特点,其检测模拟和控制十分困难。其中由于发生的普遍性和危害程度大,农业面源污染成为各国关注的焦点问题。在荷兰,来自农田的氮磷负荷分别占60%和50%左右,美国60%以上的地面水环境问题由农业活动引起。在中国,63.6%河流、湖泊的富营养化由农业面源污染引起。在太湖流域,农业面源污染对水体富营养化总氮、总磷贡献率达到59%和30%。农业面源污染的防控技术和管理政策已成为国内外水环境问题研究的热点和焦点。
从实践上来看,尽管中国关于农业面源污染影响因素、机制与模型化的研究十分丰富,但是在实践中流域农业面源污染仍未得到很好的控制。即使在农业面源污染已成为水体污染主要原因的流域,仍以河口、河道地带等末端控制工程建设为主,没有遵循农业面源污染控制的基本原则,整个流域统一布局,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,在源头上对不同类型的污染实行总量控制,因此许多地区高氮、磷养分用量目前仍在大幅度增长,对今后流域治污造成了更大难度。国外经验表明,流域管理需要从经济结构上改变资源利用格局,需要包括国家、地方政府、社区、企业、农民等不同主体的共同参与,需要考虑不同经济主体的地位相对公平。在发达国家,农民等不同主体的共同参与,政府可以和农民直接交易。但是在中国现行土地制度下,土地高度分散经营、农民兼业化普遍,导致政府与农户直接交易的费用高昂。由于特定的社会经济条件(尤其是产业组织)约束下的农户微观土地利用行为与宏观土地利用结构和布局是流域农业面源污染的根本原因,有效的政策设计必须满足流域发展“自然可能、经济可行、社会可接受”等原则,尊重流域可持续发展的运行机理,遵循流域整体开发的指导思想,重视流域土地利用结构和空间重组,规范农户土地利用行为。分析农业生产结构与布局对农业面源污染总量控制的贡献,农户土地利用行为的影响因素,产业组织对农户土地利用行为与区域土地利用结构布局的影响,并建立以生态补偿为前提,以结构调整、土地利用和产业组织为纽带的流域农业面源污染防控政策体系将是中国流域水环境问题研究的一个重要体制。液体或固体污染物(农田中的土粒、氮素、磷素、农药、重金属及其农村家畜粪便与生活垃圾等有机或无机污染物)从非特定的区域,在降水和径流冲刷作用下,通过立法对排污项目进行严格控制,通过湖体生态修复手段降低内源性污染。
三、太湖流域农业面源污染的控制与管理对策
一是大力发展环太湖生态农业。就是以生态学理论为依据,在环太湖的区域内,因地制宜地规划、组织和进行农业生产。建立和管理一个生态上自我维持的低输入、经济上可行的农业生产系统,该系统能在长时间内不对太湖造成明显改变的情况下具有最大的生产力。(1)控制太湖农业污染,减少农业生产中的化肥农药使用量。大力发展高效、低毒、低残留农药并按照一定比例减少用量次数。同时采用生物农药和生物防治技术,如用赤眼蜂防治松毛、豆头蛾,用七星瓢虫防止棉蚜,用白僵菌防治玉米螟、松毛虫等等。积极改善用肥结构,禁用矿物化肥和推广节水灌溉,以防治因硝酸盐等大量积累和流失而形成的农业污染。(2)发展有机食品,建设太湖生态园区。有机食品在其生产和加工过程中绝对禁止使用农药、化肥、激素、等人工合成物质,其生态效益不言而喻,目前已成为发达国家的消费主流,太湖位于江苏的无锡市,经济实力雄厚,具有发展有机农业的优势,将农业生产从现行方式转向有机方式,将对农村面源污染控制、生态保护与恢复、土地资源合理利用起到示范和促进作用。目前应对环太湖工业企业通过规划、关停,搬迁的方式禁止其对太湖湖泊的污染,加强土地利用逐步将其改造建成生态型园区,坚决杜绝污染工业落户农村,改变经济发展、环保让路的现象。不能搞掠夺式开发,不能引进垃圾项目、污染项目。(3)畜禽养殖业实现生态养殖。一是将环太湖地区畜禽养殖业纳入日常环境管理,按照相关的环保法律、法规要求,严格执行环境影响评价、排污收费等制度。二是消除畜牧养殖污染源,对现有的畜牧养殖场按照雨污分流、干湿分离、饮排分离进行排水改造,杜绝畜牧粪便直接排放现象。三是针对太湖畜禽养殖业特点,采用防治措施以综合利用优先,资源化、无害化和减量化为原则,对干湿分离出来的粪便,一方面可以推行堆肥,将其发酵后制成有机复合肥料,用于种植业。另一方面,可以直接用以建设沼气工程。把畜牧养殖业产生的污染物再利用到种植业上去,形成良性循环,变废为宝,为农业的可持续发展提供保证。
二是不同土地利用类型对太湖流域农业面源污染的贡献差异显著。研究表明,农业面源污染总量控制首先要求在宏观上调整农业产业结构和布局,优先发展环境友好型的生态农业产业,并根据地区比较优势合理布局。通过流域农业生产结构历史变化与水质变化的相关分析,研究农业生产结构变化对农业面源污染的贡献。结合污染总量控制(减排)目标制定太湖流域农业结构调整(规划)方案,确定粮、经作物的比例和林业、种植业、养殖业等规模调整幅度,推动现代农业的发展,从数量结构上控制面源污染总量。同时,在农业结构优化方案基础上,分析太湖流域内不同地域的农业比较优势,根据自然-经济-社会综合效益最大化原则合理布局农业产业。农业结构优化还需要通过深入农业部门内部结构,推广环境友好型农产品,鼓励发展生态农业,建设循环农业生产体系,从而全面推进农业面源污染控制。
三是大力发展都市农业。都市农业的本质在于强调农业生产与城市发展以及人和自然环境诸方面的和谐。针对太湖农业发展要重点要做好以下三个方面:一是建立开放的投资环境,形成多渠道的投入机制。二是着力推进科技创新,充分发挥科技对农业支撑作用。三是以调整农业生产结构为重点,努力形成各具特色,以需求为导向,以连片拓展的优质农产品生产基地建设为目标,大力发展市场适销的高附加值经济作物。进一步扩大无公害蔬菜、优质瓜果、花卉苗木等经济作物的播种面积。大力发展名特优水产品养殖和生态养殖,根据太湖水资源特点,要进一步做活“水”文章,调整优化太湖养殖模式,重点向名特优方向发展。通过农业生产结构调整,结合本地实际情况,努力发展“主导产业+优势区块+配套政策+龙头组织+注册品牌”综合效益。使各种不同类型的农产品种养数量比例、空间分布结构不断合理、整体农业配套协调,实现农业的可持续发展。同时综合流域农业结构调整,发展花卉种植、水生蔬菜和作物种植等污染削减型农业,降低化肥、农药等的施用量,改育种植模式,提出具有净化功能的生态农业构建方法。探索农业废弃物资源化处理模式,实现营养物质的循环利用。加强对太湖地区生活污水和地表径流的收集处理,建立多级多形式的生态拦截与处理技术。在控制农业面源污染方面,将大量漫灌式改为循环灌溉、浸润灌溉;合理施用农药与化肥,根据土壤性质适度施肥;加强对畜禽养殖业污水的检测和处理,努力使其净化处理后再排放。对排放量较小的点源,如村镇、集中住宅、餐厅、酒店等,普及可高度脱磷除氮的合并式净化槽等分散型污水处理设施;在一些没有污水处理设施的农村,向农民推广家庭污水处理措施,有些地方安装小型的污水处理装置。
三是加强绿化防护带工程技术。太湖地区的森林覆盖率普遍很低,植被也有不同程度的损坏,水土流失现象一定程度存在着,不仅带来大量泥沙入湖,而且还带来了大量N、P等营养物质,促使湖泊富营养化加重。近年来,太湖采用小流域综合治理技术,营造水源涵养林等措施,不仅增加了森林覆盖率,减少水土流失和营养物质流入太湖的负担,而且改善了当地生态环境,增加农民收入。湖滨周围地区的湿地和绿化带及防护带工程建设对减少沿岸地表径流营养盐的输入有重要的作用,这些措施在一些游览湖区的效果尤为明显。
五是优化太湖边缘土地利用。太湖水域边缘区的土地利用直接关系到水资源的保护、开发、利用效率和水域正常职能的发挥,它和水域边缘区整体规划相辅相成。水域沿岸边缘宽度不小于60米的范围内,应尽可能保持自然状态。不应该包括耕地在内的农业生产用地。对于太湖沿岸水域已经破坏的土地应尽快恢复其原始功能,将耕地还为原先的自然状态。将沿湖的污染严重的工厂、畜牧场、禽类养殖场强制搬出湖区,同时农业用地、开敞空间、公共游憩场所、低调使用的旅游服务类建设区应该与太湖流域相协调。鼓励使用自然驳岸,减少刚性护岸用量。水域边缘护岸整治、改造与沿岸景观设计相协调;边缘区内冲沟底部、坡度坡角设置灌草结合、防径流冲刷的“粗糙”缓冲区,降低地表径流速度。对于太湖边缘的建设用地,还需铺设排水截流干管。
综上所述,国内外湖泊污染治理基本都从管理制度着手,以污染综合治理技术为依托,通过流域产业结构调整与空间结构优化减少工业污染源,通过流域截流处理降低生活污染源,通过农业结构调整降低农业面源污染源,通过国家和地方立法对排污项目进行严格控制,通过湖底修复手段降低内源污染。构建太湖流域面源污染经济分析框架,选择水污染成因与特征具有代表性的、治理措施与效果具有重要示范意义的太湖流域的某一区域,作为研究工作区。通过收集太湖典型地区土地利用、水文、水污染负荷的多年观测数据,辅以必要的实地调查和水质检测,结合农户调查和农村社会经济(产业组织)调查,探讨农业产业结构与布局、农户微观土地利用行为对农业面源污染的影响机制,并在此基础上探讨耦合流域生态补偿机制、农业产业组织体系和土地产权与农户土地利用方式规范在内的、覆盖“政府(流域)—产业(地区)—农户(地块)”的流域农业面源污染防控公共政策体系。该项工作若能顺利开展且能取得成功,不仅对太湖流域土地资源的合理利用及水环境保护具有一定的现实指导意义,而且在一定程度上也可以丰富我国水资源和土地资源管理理论。
注释:
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基金项目:国家自然基金应急项目“太湖流域农业面源污染控制与管理研究(70741023)”阶段性成果。
作者简介:于水(1966-),男,南京大学公共管理博士后,南京农业大学科技处副处长,副教授,硕士生导师。