中国农业面源污染形势估计及控制对策__欧美国家农业面源污染状况及.pdf
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1、 中国农业科学 2 0 0 4,3 7(7):1 0 1 8-1 0 2 5 S c i e n t i a A g r i c u l t u r a S i n i c a中国农业面源污染形势估计及控制对策.欧美国家农业面源污染状况及控制张维理1,冀宏杰1,K o l b e H.2,徐爱国1(1中国农业科学院土壤肥料研究所,北京 1 0 0 0 8 1;2德国撒克森州立农业科学院,莱比锡 D-0 4 1 5 9)摘要:在全球范围内,农业面源污染正在成为水体污染的主要原因,对农业面源污染的控制不但逐步成为水污染治理的重中之重,也逐步成为现代农业和社会可持续发展的重大课题。2 0年来,发达国
2、家在农业面源污染治理上主要通过源头控制,对农田面源、畜禽场面源进行分类控制。其核心特征为在扎实的试验研究基础上,发展环境友好的农业生产技术替代原有技术,在各主要水域和水源保护区研究和制定限定性农业生产技术标准。通过技术层面与政策层面的结合,在全流域范围内广泛推行农田最佳养分管理,限制水源保护区农田作物类型、轮作类型、施肥量、施肥时期、肥料品种和施肥方式,实行全流域氮、磷总量控制,削减农业面源污染排放量。自 8 0年代以来,农用化学品用量较高的欧盟国家氮、磷化肥用量分别下降了大约3 0%和 5 0%。曾经一度十分严重的地下水硝酸盐污染有所缓解,湖泊和近海域水体富营养化也得到一定程度改善。发达国家
3、在控制农业面源污染上采取的策略和技术,为中国提供了可资借鉴的经验。关键词:农业面源污染;农田养分最佳管理;替代技术;欧洲Estimation of Agricultural Non-Point Source Pollution in China and the Alleviating Strategies.Status of Agricultural Non-Point Source Pollution and the Alleviating Strategies inEuropean and American CountriesZHANG Wei-li1,JI Hong-jie1,KOLBE
4、 H.2,XU Ai-guo1(1Soil and Fertilizer Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081;2 Schsische Landesanstalt fr Landwirtschaft,Gustav-Khn-Str.8,D-04159 Leipzig)Abstract:Agricultural non-point source pollution is now the leading source of water pollution.The alleviation ofagricult
5、ural non-point source pollution is becoming the most important issue for sustainable agricultural and socialdevelopment in the world.To this challenge great efforts have been made during the last two decades.In developedcountries,different measures of source controlling have been applied to reduce p
6、ollutants resulting from different majornon-point source categories,i.e.crop production and animal husbandry as well as urban runoff.Environment-friendlyalternatives such as BNMP(best nutrient management practices)have been encouraged to replace the conventionalproduction techniques.Regulations and
7、related standards have been set down to prohibit agricultural activities inducingwater eutrophication and to reduce washing of pollutants into aquatic ecosystems.The technical standards include confinedanimal facilities,field crop type,rotation form,plowing,pesticide spraying,irrigation,fertilizing,
8、planting and harvesting.Inthe counties of European Community,where high fertilizer application rate have resulted in heavy ground water nitratepollution,consumption of nitrogen and phosphorus fertilizer reduced by 30%and 50%respectively since 1980s.The收稿日期:2 0 0 4-0 2-0 6基金项目:农业部重点资助项目、国家科技部“9 7 3”资
9、助项目(G 1 9 9 9 0 1 1 8 0 6、2 0 0 2 C B 4 1 0 8 0 0)、国家科技部重大专项资助项目(K 9 9-0 5-3 5-0 2)和上海市农委资助项目 农科功字(2 0 0 2)第4-1-4 号作者简介:张维理(1 9 5 3-),女,北京人,研究员,博士,主要从事农业面源污染与数字土壤研究。T e l:0 1 0-6 8 9 1 8 6 4 5;F a x:0 1 0-6 8 9 7 6 9 0 0;E-m a i l:w l z h a n g c a a s.a c.c n7 期 张维理等:中国农业面源污染形势估计及控制对策.欧美国家农业面源污染状况及
10、控制 1 0 1 9problem of agricultural non-point source pollution has been amended to some extent.The experiences from these countiesprovide valuable elicitation for China in development strategies and technology to reduce water pollution.Key words:Agricultural non-point source pollution;Best nutrient ma
11、nagement practices;Environment-friendlyalternatives;Europe在许多发达国家,农业集约化发展早于中国,自2 0 世纪5 0 年代至8 0 年代各种农用化学品的投入量高速增长,由此引发农业面源污染问题日益升级。而自2 0 世纪8 0 年代末以来欧美发达国家开始重视对农业面源污染的研究和治理,2 0多年来已经积累了丰富的经验。研究发达国家在控制农业面源污染上采取的主要策略和技术,不仅可获得可资借鉴的经验,还有助于全面审视和剖析中国农业面源污染控制中存在的问题,从而提高治理效率。1 国际范围内面源污染是水体污染的主要原因全球范围内,水资源的污染和
12、清洁水源的短缺都在不断加剧。目前公认农业引起的面源污染是目前水体污染中最大的问题之一。特别是随着对点源污染控制的逐步加强,在水体污染中农业面源所占的比重不断增加。美国环保局2 0 0 3 年的调查结果显示,农业面源污染是美国河流和湖泊污染的第一大污染源,导致约4 0%的河流和湖泊水体水质不合格,是河口污染的第三大污染源,是造成地下水污染和湿地退化的主要因素 1。在欧洲国家,农业面源污染同样是造成水体、特别是地下水硝酸盐污染的首要来源,也是造成地表水中磷富集的最主要原因,由农业面源排放的磷为地表水污染总负荷的2 4%7 1%2,3。例如在瑞典,不同流域来自农业的氮占流域总输入量的6 0%8 7%
13、4。爱尔兰大多数富营养化的湖泊流域内并没有明显的点源污染 5。芬兰2 0%的湖泊水质恶化,而农业面源排放的磷素和氮素在各种污染源中所占比重最大,占总排放量的5 0%以上,各流域内高投入农业比例大的湖区更容易导致氮、磷等营养物质的富集 6 8。2 对农业面源污染的控制已经成为现代农业的重大主题由于水源特别是饮用水质量与人类健康关系密切,水的污染不仅影响生活和生产用水,还易引发疫病的大流行。世界各国很重视对水、特别是饮用水源的保护,将水资源质量的保护作为最重要的国策之一。各国在环境治理中投资最大的当属水污染的治理。在环境保护方面出台最早、最多、最严格的是与水源保护相关的法规和技术标准。为治理水污染
14、,欧美各国于2 0 世纪7 0 年代以来陆续出台了一系列的法案,并启动了若干行动计划。在前期,治理重点为对工业和城市生活污水点源污染的治理。自2 0 世纪8 0 年代末以来,随着点源污染负荷的下降,面源污染负荷的增加,在全球范围内对农业面源污染控制不但逐步成为水污染治理的重点,也逐步成为现代农业和社会可持续发展的重大主题。1 9 7 9 年美国国会通过清洁水法案,将对水污染治理列入国家财政预算,联邦政府每年从财政预算中拨出2 0 亿美元的专项基金,用于启动水污染治理的项目,近年流域治理的重点为面源污染监测及治理。2 0 0 3 年在美国总统布什向国会的提案中,对全国2 0 个重点流域治理增加7
15、%的预算,用于加强对流域面源污染治理的相关研究。在治理行动计划上,联邦政府设立了5 0 0 亿美元的清洁水基金,主要作为“种子基金”,吸引地方政府共同投资,供农民、企业或地方通过无息或低息贷款的方式进行面源污染治理 1。在农业集约化程度较高的欧洲,第一个治理农业面源污染的法案出台于1 9 8 9 年。之后,欧盟不断加大用于减少农田氮、磷养分总用量、提高农田养分利用率的费用,进行农业面源污染控制的财政预算和投入。近年来相关投资每年已达1 7 0 0 亿欧元,为欧盟财政预算总支出的8 0%以上,各欧盟国家联邦政府、地方政府还有各自的相应投入。为有效的减少现代集约化农业对环境,特别是对水体的影响,许
16、多国家和地方政府在原来的农业部的基础上,设立了农业与环境保护部,将减少污染,维护生态环境作为农业部门的职能之一,赋予现代农业以新的内涵,从研究和政府推动两个层面双管齐下,加大对农业面源污染的治理力度。3 主要控制对策与技术发达国家对农业面源污染主要采用源头控制的对策。其核心特征为依靠农业科技,研究和发展环境友好的新的农业生产技术替代原有技术,通过鼓1 0 2 0 中 国 农 业 科 学 3 7 卷励农民自愿或通过政府奖惩措施,推动农民采用新的替代技术,在重要的水源保护区和流域,制定和执行限定性农业生产技术标准,减少农田、畜禽养殖业和农村地区的氮、磷径流和淋溶。3.1 对面源污染进行控制的主要原
17、则欧美国家最重要的控制原则是对点源污染和面源污染实行分类控制与监测。由于点源污染与面源污染发生机制不同,所有欧美国家目前对面源污染和点源污染均采用截然不同的控制策略与技术。对点源污染主要通过兴建污水处理工程进行末端控制。经过2 0 多年的不断发展,进行末端控制的污水处理技术和监测技术已经比较成熟和规范,欧美主要国家政府部门的相关网站均可检索到相应的技术标准。对面源污染,国际范围内仍然缺少有效的控制和监测技术,在控制上采用源头控制策略,强调在全流域范围内通过农田最佳养分管理等农业措施削减氮、磷总量,在监测上则强调因地制宜,而没有标准的方法 1,9,1 0。发达国家不仅对点源和面源污染进行分类控制
18、,对面源污染中不同的类型,如城区面源、农田面源、畜禽场面源也分别进行分类控制 1,1 1。城区面源主要是通过管网改造等基础设施建设进行治理。欧美的经验显示,城区面源控制中,以没有污水管网的老城区改造最费钱,因此政府要求新建居民区必须匹配管网设施。在进行农田面源污染控制上,主要是在全流域范围内广泛推行农田最佳养分管理(b e s t n u t r i e n tm a n a g e m e n t p r a c t i c e,B N M P),通过对水源保护区农田轮作类型、施肥量、施肥时期、肥料品种、施肥方式的规定,进行源头控制。即使在对农民有巨额补贴的欧洲国家,能够采用污水处理设备的畜
19、禽养殖场也很少,为此畜禽场面源控制,主要通过制定畜禽场农田最低配置(指畜禽场饲养量必须与周边可蓄纳畜禽粪便的农田面积相匹配)、畜禽场化粪池容量、密封性等方面的规定进行。管理部门在进行监控时,主要不是检查农村畜禽场排放污水是否达标,而重点检查农田最低配置、畜禽场化粪池容量等,实际上,在这些指标达标的条件下,极少会发生畜禽场的场地径流。3.2 核心控制技术3.2.1 操作简单、价格便宜的替代技术是农业面源污染控制的关键 北美发达国家在农业面源污染控制上,对农民没有或只有很少补贴,主要是鼓励农民自愿采用环境友好的替代技术。在这种条件下,发展操作简单、价格便宜的替代技术,供农民广泛采用十分重要。目前发
20、达国家对农田面源污染的主要控制技术有:(1)农田最佳养分管理;(2)有机农业或综合农业管理模式;(3)等高线条带种植;(4)农业水土保持技术措施。这些技术的主要优点是很少或基本不增加农民的费用。目前即使在对农民实施高额补贴的欧洲国家(政府每年对每公顷农田实施的环境政策补贴可达5 0 10 0 0 欧元),主要采用的仍是很少增加额外技术成本,但可有效减少农田和场地氮、磷径流和淋溶的替代技术。如在2 0 世纪6 0 年代推出的农田养分收支平衡记录单模型法,自8 0 年代末以来经过科研部门的不断摸索、改进,目前在欧盟国家已经成为农户进行农田养分管理的一项实用技术被广泛采用。这一技术简单易行便于操作,
21、不用进行化学测试,成本低廉,可有效提高肥料利用率,降低养分过剩对环境的不良影响 1 2。比较之下,一些价格较贵的尖端性农业生产技术,包括缓控释肥料技术、微生物肥料技术,至今没有成为农业面源污染控制的主流技术。3.2.2 在水源保护区制定和执行限定性农业生产技术标准 各国的经验显示,在面源污染严重的水域,因地制宜的制定和执行限定性农业生产技术标准,实施源头控制,是进行氮、磷总量控制,减少农业面源污染最有效的措施。目前欧美国家用于控制农田引起面源污染的技术标准主要包括:(1)对水源保护区、水源涵养地的轮作类型的限定;(2)对水源保护区、水源涵养地肥料类型、施肥量、施肥期、施肥方法的限定。用于控制畜
22、禽业引起面源污染的技术标准主要包括:(1)要求畜禽场就近配有足够的农田,以便保证在环境安全的前提下,消纳畜禽粪便(每公顷耕地1.5 个畜单位,大约相当于1 5 头猪1 公顷耕地);(2)要求畜禽场固液废弃物化粪池的容量达到可贮放6 个月排出的固液废弃物;(3)要求化粪池密封性好,不会产生径流和侧渗。通常联邦政府出台的主要为框架性的政策和法规,地方政府则在联邦政府政策和法规的框架内,主要根据调查研究提供的基础信息、当地自然地理条件、农业生产水平,制定适合本地条件的技术标准和相应的奖惩规定。如德国,农民有在每年秋末收获后至春播前土地翻耕时施用厩肥的习惯。新的7 期 张维理等:中国农业面源污染形势估
23、计及控制对策.欧美国家农业面源污染状况及控制 1 0 2 1研究表明,在中欧的气候和农田植被条件下,这一时期农田施用流质厩肥是造成土壤硝酸盐淋溶、地下水污染最重要的原因。就此,德国于1 9 8 9 年正式通过立法,原则上禁止农民于每年1 1 月1 5 日至来年1 月1 5 日在农田施用流质厩肥。以后德国各州又分别在当地进行了相关的试验研究,根据本地气候、自然地理条件、土壤和轮作类型的不同,对农田使用流质厩肥的时间、使用量、施肥机械进行了明确和详尽的规定。由于这一技术标准的执行既未减少农民收益,又便于执行,操作性强,很快得到了农民认可。这一项标准的广泛采用对控制地下水硝酸盐污染发挥了重要作用。3
24、.2.3 依靠科技,保证限定性农业生产技术标准的科学性和合理性 尽管许多国家的实践已经证明,制定和执行限定性农业生产技术标准是进行面源污染控制的关键措施,但由于这些规定有可能影响到广大农民收益,因而深入了解引发农业面源污染主要过程和环节,才能使这些技术标准的制定既有较大的控制效力,又适合当地条件,不增加或尽可能少增加农民和政府的额外负担,有较强的可操作性,从而保证其广泛实施。为保证限定性农业生产技术标准的科学性和合理性,欧洲各国自2 0 世纪8 0 年代末以来启动了一系列科研行动计划,在各地进行了大量相关试验研究。如德国仅在巴登州启动的“农业对地下水硝酸盐污染的影响及控制”重大研究专项中,定位
25、监测点达上万个,项目历时逾1 0 年,投资总计逾上亿马克。陆续完成了巴登州农田施用流质厩肥的规定;巴登州水源保护区农田轮作方式和肥料类型、施肥期、施肥方式、肥料用量的规定;巴登州综合农业施肥技术标准等一系列技术标准 1 3。德国许多地区地方政府根据水源保护的需要,依据不同土壤类型、作物类型和施肥量对地下水硝酸盐污染的田间试验研究结果和当地的水文地质条件、土地利用、高精度农田土壤数字信息,划定了三级标准的水源保护区,并规定了各级水源保护区允许的轮作类型和相应的施肥标准。通常在一级水源保护区仅允许作为林地和草地,不允许种植农作物,也不允许使用任何肥料。二级水源保护区,仅允许种植用肥量低的农作物,如
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