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1、农业非点源污染防治的生态工程举措.农业非点源污染防治的生态工程举措杜守建李怀恩王启田【纲要】跟着化肥和农药大批的使用,农业非点源污染已经成为水污染的主要根源之一。本文介绍并议论几种有代表性的防治农业非点源污染的生态工程举措,包含农田生态系统、生态农业、植被过滤带、湿地系统与多水塘系统等。它们的有机联合可形成控制非点源污染的流域生态工程,对农业非点源污染控制与管理更加有效。重点词:农业;非点源污染;生态工程;防治一、前言非点源污染(Non-pointSourcePollution是与点源污染相对而言的,它自上个世纪70年月被提出和证明以来,对水体污染所占比重跟着对点源污染的鼎力治理奉上涨趋向,而
2、农业非点源污染又是非点源污染的最主要根源之一。农业非点源污染具有随机性强、影响因子复杂,散布范围广、影响深远,形成过程复杂、机理模糊,潜藏周期长、危害大等特点。我国的大多数地域降雨集中,生态损坏以致水土流失严重,最近几年来农药化肥等化学物质的用量不停增添,加上使用技术上的不合理,造成农业非点源污染问题日趋突出,当前成为影响水体质量的重要污染源1-4。农业非点源污染根源于非特定的、分别的地域,与土壤的侵害程度、化肥、农药的施用量、农业耕种方式、地质地貌、地区降水过程等亲密有关。非点源污染的实质是农业生态系统的严重失调。生态工程举措能够经过调控农业生态系统的物质均衡和物质流动门路来控制污染物的流失
3、,减少潜伏运移的污染物数目,在运移门路中经过滞留径流、增添流动时间等减少进入水体的污染物量,是进行流域生态修复、增强物质循环的有效方法,从而从农业非点源污染的根源和径流运移等方面控制污染。生态工程举措作为进行流域生态修复、增强物质循环的有效方法5,6,7,也是当前较为适用的非点源污染控制方法。/二、控制农田污染源的生态工程举措非点源污染的根源主要有可被冲进径流的固体荒弃物、滞留在地上的污水污泥、大批施肥的农田土壤等。采纳农田生态系统举措、生态农业建设等一系列生态技术,从源泉上减少这些根源,就能对非点源污染起到必定的控制作用。1、农田生态系统举措农田生态系统是指由不一样农作物栽种制度、耕种方式、
4、农药和化肥使用方式、浇灌等土地管理举措互相组合共同形成的生产系统。因为不一样系统中农作物对养分汲取、利用差别较大,以致不一样农田生态系统中的养分和农药流失不一样,因此在控制非点源污染形成过程中起到不一样作用8。依据不一样化肥、农药使用量、使用方式和季节,农田耕种举措、浇灌方式在非点源污染形成中起的不一样作用,在化肥和农药使用上,能够充足考虑农田土壤特点和农作物生长状况,依据农作物对养分和农药的需求量、对养分的汲取和需求季节安排施肥量、施肥方式和时间,提升农作物对土壤养分的汲取,将减少农药和养分流失危险9。比如,控制氮肥的施用量,均衡氮、磷、钾的比率,将施氮量控制在适合的范围以内,增大磷肥、钾肥
5、的投入,均衡施肥,这些是控制化肥污染的首要举措。同时,有机肥中的腐殖质能够提升土壤的保肥性能,还可以够增强土壤微生物的数目和活力,利用土壤微生物先将化肥氮同化,而后再迟缓开释,提升氮肥的利用率,减少氮肥流失。此外,与传统耕种方式对比,免耕和少耕能够降低径流中悬浮物含量,减少土壤中养分流失,有利于防备农业非点源污染形成。与沟灌和漫灌对比,喷灌大大降低了径流产生,节水浇灌能使浇灌用水量减少31%36%,从而地表排水量减少78%90%10,氮素负荷量相应减少,由此降低了农业非点源污染形成的危险。2、生态农业建设生态农业的思想是1971年由美领土壤学家williamAAlbrecbt初次提出来的。19
6、79年在英国召开了第一届生态农业会议,从今生态农业在世界范围内发展起来。19世纪80年月初,生态农业的思想引入我国,并快速发展,当前已成为实现农业可连续发展的必定门路。所谓生态农业,就是以生态学和生态经济学理论为指导,从系统思想出发,依据生物共生和物质循环重生原理,运用现代科学技术成就、现代管理手段以及传统农业的有利经验,就地取材,成立和调整农业生产构造,合理组织农、林、牧、副、渔、加工等部门的比率,选择最优化模式,以实现经济效益、社会效益和生态效益相一致的农业生产系统11。生态农业的核心是充足利用现代生物技术,一方面经过利用生物技术实现低投入、高产出,获得最大的经济效益,同时利用生物技术保护
7、资源和环境,实现资源可连续利用和生态环境的优化。所以,生态农业是生态系统的基根源理在农业生产系统的应用。生态农业技术使物质在系统内多次循环,废物产生最小化,所以能减少农业非点源污染。20世纪80年月,针对农业生态环境和生产条件逐渐恶化趋向,农业部提出了发展生态农业的整体思路,进行了多种模式的生态农业建设活动,展开了一系列的生态农业试点示范。生态农业建设,依据天气、土壤、生产目标的不一样,能够采纳很多不一样生态农业模式。比方红壤丘陵区能够发展“顶林、腰园、谷农、塘鱼”的模式。它以养猪为纽带,推行种养联合,成立饲草猪沼菇果粮鱼珍珠的食品链,定量调控联合链环的饲料配置,粪尿投放,制沼育菇和塘淤返田,
8、提升了系统生产力,减少了废物产生量和非点源污染。1993年,农业部、国家发展计划委员会、财政部、科技部、水利部、国家环境保护总局和国家林业局联合组织展开了全国51个生态农业试点县建设。在此基础上,七部委局于2000年在全国又启动了第二批50个生态农业示范县建设。经过十几年的发展,中国展开生态农业建设的县、乡、村已达到2000多个,此中生态农业县300多个,获得了明显的经济、环境、社会效益。生态农业建设有效地提升了我领土地的利用率,显然地改良了我国农业的生态环境,减少了农业非点源污染。三、办理农田径流的生态工程举措因为水生高等植物对农业非点源污染物的净化能力很强,联合农田林网建设,建筑一些人工办
9、理农田径流的生态工程,是防治农田径流污染湖泊、河流的重要方法。办理农田径流的生态工程的主要方法有在严重污染的地段下游建筑截留污染物和使污染物循环利用的各种设备。它针对非点源污染突发性、大流量、低浓度的特点,能够有效消减污染物,常用的生态工程举措包含植被过滤带、湿地系统、多水塘等。1、植被过滤带植被过滤带(vegetativefilterstrips,亦称缓冲带(bufferstrips为从水面的边沿处向外延长一段指定的距离,利用永远性植被拦截污染物或有害物质的条带状、受保护的天然植被带12,13。因为不合理的土地利用,从农田和其他受扰乱的土地流失的堆积物大大地促成了河流和湖泊的非点源污染,堆积
10、物除了自己作为一种污染物以外,它还可以携带氮、磷进入水生态系统,加快湖泊的富营养化。缓冲带独到的物理和生物地球化学特征决定着陆地与水体间的水量、养分的流动。污染物在从农田和村庄向水体转移的门路中,以地表径流、潜层渗流的方式经过缓冲带进入水体,污染物能获得必定的消减。依据Peterjohn和Correl的研究结果,农田与水体间50m宽的沿岸植被缓冲带能减少进入地表水89%的氮和80%的磷14。氮在缓冲带内的截留机理主要有:随泥沙沉降、反硝化作用、植物汲取。因为硝酸盐拥有易溶性,能经过地下水进入水体,运用缓冲带时要注意影响反硝化作用的要素:温度、氧化复原能力、可利用的碳源量、氮源量。磷在缓冲带内的
11、截留主假如磷随泥沙的沉降及溶解态磷在土壤和植物残留物之间的互换。所以,缓冲带在控制非点源污染的同时,还可改良地区环境,增添生物多样性,增添植被覆盖率,提升抗灾能力等。当前,已经开发出很多用于减少污染物随径流流失的管理模式,此中能够去除来自降雨径流的污染物的植被过滤带(VFS是这些管理模式中成本最低,并且最富收效的一种。过滤带能增添地表水流的水力粗拙度,降低水流速度以及水流作用于土壤的剪切力,从而降低落积物的输移能力,促使其在过滤带中的积淀。过滤带的设计不单波及生态、地形地貌等自然要素,更主要的还要考虑社会、经济等要素。在利用缓冲带时,一定增强管理,防备沟蚀、绕流等不利状况出现。美国自20世纪3
12、0年月就开始高度重视环境保护,采纳了独具特点的缓冲带技术,到当前已逐渐趋于完美。合理的VFS能有效地保护水质和改良生态环境质量,其设置愈来愈遇到我国政府的高度重视15。2、湿地系统湿地是一独到的土壤植物微生物系统,是农田与水体之间的一个过渡带。自然和人工湿地中的土壤及砂石经过吸附、截留、过滤、离子互换、络合反响等净化去除水中的氮、磷等成分。水生植物能够经过其呈网络样的根系直接汲取农田排水中的氨氮等。湿地土壤中发育着大批的好氧、厌氧及兼性的微生物,因为水生植物的生长,其根系的分泌物及好氧环境为好氧细菌的生长创建了条件,将排水带来的有机物分解,被植物汲取。当农田排水流经湿地生态系统时,水中的有机质
13、、氮、磷等营养成分将发生复杂的物理、化学和生物的转变作用,使污染物被截留、汲取和降解16。巴西的皮拉西卡巴的Engenho湿地对磷、硝酸盐和氨的去除率分别达到93%、78%和50%17。Chescheir等经过模型研究表示湿地能够净化79%的总氮、82%的硝酸盐氮、81%的总磷18。所以,湿地在去除农业非点源污染方面是一个简单而有效的工具19。同时,利用自然湿地生态系统的花费便宜。比如,瑞典的Rosenberg等估计20,每减少1kg进入波罗地海的氮,利用沿海的湿地需要0.6美元,用挽救的农业举措需1.953.4美元,而经过污水办理厂减少城市废水中75%的氮需要15.631.2美元。此外,从生
14、态学看法来看,输入到湿地中的氮、磷营养物可被植物汲取,促使如芦苇、蒲草、灯心草等水生维管植物的生长和发育,为保护生物的多样性,改良流域生态景观起到踊跃的作用。所以,从经济学和生态学的角度,湿地生态系统已经是世界上好多国家认同的控制水环境污染的有效工具。在外国,特别是西欧、美洲的一些国家进行了大批的利用湿地系统办理废、污水的应用。1974年在西德初次建筑人工湿地,此后这一工艺在欧洲和北美得以快速发展。20世纪80年月此后,我国先后在深圳、北京、天津等地成立了人工湿地办理系统,并开始了对湿地生态系统中营养物质转变体制的研究21。我国农田的氮肥用量居世界首位,而作物能够汲取的氮仅占施用量的1530%
15、,其他存留在土壤中的氮有一部分将随径流和下渗进入地表水和地下水中。我国的湿地总面积为6.594105km3,居世界第四位,占领土面积的6.5%,所以,在我国有充足利用湿地资源去除农业非点源污染的巨大潜力。3、多水塘系统利用多水塘系统控制非点源污染的主要生态方法是修筑暴雨滞留池22,利用天然低凹地进行筑坝或人工开挖而成,水塘的体积、水深、水力负荷应适中,使污染物获得有效沉降,应当有适合的有机物负荷为微生物供给有机质,以增强反硝化过程,塘中大型植物群落生长有利于悬浮物和养分的去除。这些天然或人工水塘不停地与河流进行水、养分的互换,使流速降低,悬浮物获得沉降,增添水流与生物膜的接触时间,水塘对非点源污染物的滞留和净化能力很大。所以,修筑人工水塘控制非点源污染是一种
