我国农田面源污染治理的思路与技术

杨林章

农业面源污染是影响水环境、土壤环境和农村生态环境质量的重要因素之一，由于其涉及范围广、随机性大、隐蔽性强、不易溯源、难以监管等原因，治理难度很大，已经成为制约我国现代农业和社会可持续发展的瓶颈。据全国第一次污染源调查数据显示，农业源排放的总氮、总磷占总排放量的57.2%和67.4%。控制农业源氮磷排放是实现水环境质量根本改善的核心。然而，在农业源氮磷排放中，来自农田的氮磷排放又占很大比例。因此，要实现农业面源污染的有效控制，必须首先控制农田面源污染。

农田面源污染的产生与我国的国情密切相关。我国有13亿人口，但只有18亿亩耕地，巨大的人口压力和粮食压力必然带来高投入。我国的粮食产量从解放以来一直到现在都在持续增加，现在每年的粮食产量大概为6亿吨左右，生产这么多的粮食就需要大量的生产资料的投入，尤其是肥料的投入。2017年，我国氮肥的生产量达到了4900万吨，其中绝大部分在农业生产中使用，单位面积的使用量超过国际公认的平均水平：同时，灌溉水量、薄膜以及其他化学品的消耗量也在不断增加，大大增加了农业面源污染物的排放量。

依据多年在太湖流域稻麦系统的监测结果，太湖流域稻麦系统周年的氮肥施肥量约为600公斤/公顷，植物吸收约290公斤，占48%：氨挥发损失掉17%左右，渗漏和地表径流约占15%左右，反硝化损失约占20%左右。也就是说，我们所施的氮肥，大概有10%N15%进入水环境，15%～20%进入大气环境。由此可见，我国现在每年使用几千万吨氮肥，进入环境的氮量是非常大的，对环境的影响也是显而易见的。

产生如此之大的污染物量，有什么办法可以控制？经过多年研究与实践，我们提出了面源污染治理过程中的“环境、管理和政策”“三位一体”的总体治理思路。在这个总体思路的指导下，我们团队提出了以减少农田氮磷投入为核心、拦截农田径流排放为抓手、实现排放氮磷回用为途径、水质改善和生态修复为目标的农田种植业面源污染治理集成技术，即从源头开始进行减量（reduce），在氮磷输移过程中进行阻断、拦截（retain），将排放的氮磷进行回用（reuse），最后实现水环境的修复（restore），简称“4R”技术。“4R”技术的应用，有效突破了面源污染散乱难的瓶颈，实现了种植业面源污染的全过程防控与全空间覆盖、面源污染的近零排放及改善水体环境质量的目标。

首先，构建了卓有成效的农田面源污染源头减量系列技术，实现维持高产前提下农田面源污染治理的源头控制。

太湖流域施肥量每公顷一年大概为600公斤。按照当前的产量，即水稻是600～650公斤的产量，小麦是350～450公斤的产量，实际上只需施用400～450公斤的氮肥就足够了。也就是说，我们过度使用了20%～30%的肥料。

要想解决施肥过度的问题，可以通过创新施肥方法、使用新类肥料、运筹施肥时间、改变施肥技术，还可通过调整耕作制度，如现在全国已经大量实行的轮作休耕制度，来进行化肥减量。2003年开始试验的结果表明，冬季改种绿肥，夏季水稻在不施肥的前提下，获得的产量大概是施肥的90%，损失了10%左右的产量;如果在这个基础上使用正常施肥量的30%～50%，可以获得跟农民一样的产量，甚至可以提高5%～10%的产量。

其次，创建了农田面源污染在“农田一沟渠塘一河道”输移过程中的多重拦截技术，实现农田面源污染负荷的再次削减。

目前，在高标准农田建设中，沟渠都是水泥筑成，污水离开农田很快便进到河塘水系，发挥不了任何生态功能。多重拦截技术即将原有的土质沟渠进行生态化改造，建成具有拦截、净化污染物的生态沟渠。农田污染多重生态拦截系统至少有两个功能：一是减缓流速，延长农田排水在沟渠的停留时间：二是可以通过植物吸收和微生物活动，把一部分氮磷有效利用掉，或者拦在陆地生态系统中。这种拦截系统具有不需额外占用耕地、资金投入少、农民易于接受、高效阻控农田面源污染物排放等特点。在太湖流域和滇池流域等地多年的监测表明，生态拦截系统对稻田径流排水中氮磷的平均去除率可达48%～60%和40%～64%：对设施菜地夏季揭棚期径流氮排放的平均拦截率为48%;耦合“厌氧一兼性一好氧”强化处理的生态沟渠对径流总磷和总氮的去除率可达81%和79%。

再次，构建了环境源氮磷物质的农田回用技术，实现区域农田面源污染负荷总量削减与资源利用的结合。

在氮磷进入环境之前将其回用到陆地生态系统当中，既成为可利用资源，同时又能减轻环境压力。环境养分回用有多种途径，如沼液回用、大量农田排水的汇水回用、生活污水处理后的尾水回用。在太湖流域，利用稻田对农村生活污水尾水进行直接回用，约可替代化肥50%左右，既减少了生活污水的直接排水，也减少了农田化肥的投入，减少了氮磷向水体的排放。

最后，創建了以生态浮床为主的农田汇水区生态修复技术，实现农田面源污染的终端削减与生态系统修复的结合。

水体修复技术包括生态浮床技术和水生植物恢复技术，它们组成了农田面源污染治理的最后一道屏障。应用结果表明，采用生态浮床修复技术后，水体中氨氮、总氮和总磷最高降低69.9%、80.7%和63.5%;浮床区域水体中的氨氮、总磷分别较区外平均降低了19.1%和22.3%，均达到了地表水Ⅳ类水标准，生态系统功能得到了一定程度的恢复。而且生态浮床水稻还能产生一定的经济效益，补偿一部分污染治理的投资成本。水稻产量每亩可高达450公斤。每1000平方米浮床水稻可吸收带走总氮35公斤左右，总磷15公斤左右，水体透明度与水生生物多样性提高，水质有所改善。

在污染治理过程中，技术的应用很重要，而相关的政策和管理才是解决污染问题的关键。反观现在，我国在污染治理政策和管理方面存在很多问题。

一个是产业政策。我们现在盲目追求高产，所获得的经济效益是以牺牲环境为代价的。此外，土地经营等方面的政策也存在一定的问题。已有研究表明，在耕地相对集中的情况下，耕种面积越大，一次施肥所花费的肥料成本越高：耕种面积越小，一次施肥的肥料成本越低，农户在花大笔钱时肯定比花小笔钱时更要考虑经济成本。因此，耕种规模越大，肥料投入更加经济和合理，环境效益就会慢慢显现出来。当前一家一户的分散种植方式，由于每户耕种面积小，施肥成本不高，没有引起农户重视，并不利于面源污染的治理。

管理方面的问题主要体现在以下几方面：一是对基础数据积累研究工作的支持不足。由于缺乏支持，没有人愿意长期跟踪监测，致使我国面源污染方面的基础数据不准确：二是现在污染物产生量、入河量、入湖量等基础数据不清，尽管我们现在花费大量的人力财力去治理，但很可能并没有抓住主要问题：三是要考虑污染治理技术的实用性、可操作性和可推广性，怎样让农民想用技术、能用技术、用后觉得好，也很关键：四是经营体制、生态补偿、补贴等相关政策，也是未来从事技术研究、管理研究和政策研究必须要关注的。

农业面源污染的治理是一个漫长而艰苦的过程，治理技术的突破是解决面源污染问题的重要途径之一。然而要从根本上解决农业面源污染问题，仍需各方通力合作，更需得到政府和社会力量的大力支持以及广大民众的共同参与，以确保打赢农业面源污染治理攻坚战，为我国农业的可持续发展、农村生态环境的改善以及生态文明和小康社会的建设提供保障。