国内农业用水污染现状及防治措施.pdf

书书书 国内农业用水污染现状及防治措施 * 刘宇程1袁建梅1靳贤娴2 1. 西南石油大学化学化工学院， 成都 610500; 2. 中国石油大港石化公司， 天津 300280 摘要 农业水资源污染是我国面临的严峻的环境问题， 严重影响农业的可持续发展并威胁到人类健康。在分析我国农 业用水现状的基础上， 从农药、 化肥和畜禽养殖等方面对农业用水的污染问题进行系统解析， 并分类详细提出农业水 资源污染问题的防治措施。 关键词 农业用水; 化肥; 农药; 畜禽粪便; 防治措施 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201404001 POLLUTION STATUS AND PＲEVENTION MEASUＲES OF AGＲICULTUＲAL WATEＲ IN CHINA Liu Yucheng1Yuan Jianmei1Jin Xianxian2 1. School of Chemistry and Chemical Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China; 2. Petro China Dagang Petrochemical Company，Tianjin 300280，China AbstractThe pollution of agricultural water in China is a severe problem for environmental protection，sustainable development and human health． Based on the analysis of the present situation of the agricultural water，it was analyzed systematically the influence of pesticide，fertilizer and livestock manure on the pollution of agricultural water． In addition，it was also proposed the control measures of the pollution in detail． Keywordsagricultural water;fertilizer;pesticides;livestock manure;control measures * 国家自然科学基金资助项目 51104126 。 收稿日期 2013 －07 －04 1农业用水现状 进入 21 世纪以来， 农业用水量一直呈小幅下降 趋势 ［1 ］。据 中国水资源公报 显示， 全国农业用水 总量从 2000 年的 3 782. 62 亿 m3减少到 2011 年的 3 743. 5亿 m3。农业用水量占总用水量的比例从 2000 年的 68. 8 下降到 2011 年的 61. 3， 下降了 7. 5。但是， 农业用水的水质情况不容乐观。大量 化肥和农药的使用， 致使水体中氮、 磷元素严重超标， 造成严重的水体富营养化， 引起水体中藻类和其他浮 游生物的大量繁殖， 进而影响正常的大气 － 水体传质 过程， 以致水体的溶解氧浓度降低， 导致水体中的鱼 类及其他生物的大量死亡， 死亡后的动植物继续在水 体中腐烂， 从而对水质产生恶性影响［2 ］。 为使农业水资源能够得到充分有效的利用， 现在 国外普遍采用节水灌溉技术。节水灌溉是指以较少的 灌溉水量取得较好的生产效益和经济效益的措施。而 目前国内使用较多的灌溉方式仍以漫灌、 沟灌、 串灌等 传统的地面灌溉为主， 存在水资源利用率低、 自动化程 度小及易破坏土壤结构等缺陷。因此， 需要大力推广 高新节水灌溉技术， 如微灌、 喷滴灌、 低压管灌和渠道 防渗等 ［ 3- 5 ］。其中， 节水效率较高的是微灌和喷滴灌， 其灌溉水利用系数分别高达90和80以上。 2000 年全世界微灌面积已达到 376. 72 万 hm2 ， 其 中以色列、 约旦、 塞浦路斯、 南非、 西班牙、 澳大利亚、 法 国等国家微灌面积已占全国灌溉面积的 5以上。国 内的微灌技术使用率正在逐年翻倍增加。在 1970 2000 年， 全美的灌溉面积占耕地面积的比例持续稳定 在11 ～ 12， 而喷滴灌面积占灌溉面积比例却由 25增加到49. 9。国内目前处于推广示范阶段 ［ 6- 8 ］， 全国各节水灌溉示范区节水灌溉面积见表1。 由表 1 可知 全国节水灌溉示范区年度节水灌溉 面积逐年提高， 其中增幅最大的是渠道防渗技术， 其 增幅为2 447. 1 khm2 千公顷 ， 表明该项节水措施处 于大力推广阶段; 增加率最高的是微灌技术， 其增加 1 水污染防治 Water Pollution Control 表 1国内节水灌溉示范区年度节水灌溉面积 Table 1The annual water- saving irrigation area of water- saving irrigation demonstration area in China khm2 年份 节水灌溉 面积合计 喷滴灌微灌 低压 管灌 渠道 防渗 其他 节水 200521 338. 22 746. 3621. 8 4 991. 89 133. 23 845. 1 200622 426. 02 823. 8754. 9 5 263. 89 593. 73 985. 3 200723 489. 52 876. 5977. 0 5 573. 910 058. 14 004. 0 200824 435. 52 821. 2 1 249. 6 5 873. 010 447. 74 044. 0 200925 755. 12 926. 7 1 669. 3 6 249. 411 166. 13 743. 7 201027 313. 93 025. 4 2 115. 7 6 680. 011 580. 33 912. 4 增加率/28. 0010. 16 240. 2533. 8226. 791. 75 注 所有数据均来自国家统计局。 率为 240. 25， 表明该项节水措施得到越来越广泛 的认可， 具有较好的应用前景。 2农业用水污染源及防治措施 2. 1农药污染及防治措施 我国农作物发生病虫害、 草害、 鼠害有 1 358 种 之多， 每年造成农作物产量损失高达10 ～25， 严重 影响农业生产的稳定发展。因此， 为提高作物产量， 降 低病虫鼠害造成的损失， 农药的使用量在逐年递增 见图 1 。但农药的不恰当使用不仅会造成严重的 环境污染和破坏农业生态平衡， 而且严重者直接危害 人体健康 ［9 ］。农药中大量的化学物质长期存在于土 壤和水中， 同时进入生物系统， 并在食物链中不断传 递、 浓缩、 迁移， 并在此过程中结合形成新的化合物， 对水生物造成影响， 对长期生活在农业生态系统中的 人类构成危害， 同时也对大气、 土壤和水源造成污染。 图 1农药使用量随年份的变化 Fig．1The variation of dosage of pesticides with year 农药污染水体的主要途径 1向水体直接施用 农药; 2含农药的雨水落入水体; 3植物或土壤粘 附的农药， 经水冲刷或溶解进入水体; 4生产农药 的工业废水或含有农药的生活污水污染水体。其 中， 直接向水体或水中作物表面喷撒农药， 是使用 农药最常用的一种方式， 也是造成农业水土污染的 重要原因。研究表明， 一般农田水体均受到不同程 度的污染。 由图 1 可知 农药的使用量从 2004 年的 138. 61 万 t 上升到2010 年的175. 82 万 t， 年平均增长速率为 4. 48， 其中 20052006 年的农药使用量增长幅度 最大， 增长率为 7. 05， 超过年平均增长率 2. 57， 说明抗药性虫害也正逐年增多。 防止农药污染可从以下方面进行 1加强市场 监督， 控制和淘汰高毒、 高残留农药品种， 规范农药市 场秩序， 保证农药产品质量。通过税收、 补贴等经济 手段， 调整 “致癌、 致畸、 致突变” 的“三致” 农药的市 场流动; 2鼓励、 支持高效、 安全环保型农药的研制 开发。目前， 我国生物农药的开发处于起步阶段， 距 离产业化的目标较远， 政府可通过税收等方面的优惠 政策、 技术引进鼓励开发安全环保型农药; 3提高农 药使用者的环保安全意识。积极进行以农药使用者 为中心的参与式推广， 充分发挥政府农技推广部门在 提供病虫害预报等信息咨询、 技术培训与指导等方面 的作用， 提高广大农民的安全环保意识［10 ］。 2. 2化肥污染及防治措施 我国每公顷耕地年均使用标准化肥达 300 kg， 是 世界上施用氮肥最多的国家之一， 具体化肥施用情况 见表2。农田施用的任何种类和形态的化肥， 都不可能 全部被植物吸收利用 ［ 11- 12 ］。化肥利用率 氮为 30 ～ 60， 磷为2 ～25， 钾为30 ～60。在良田地， 平 均施用化肥141 kg/hm2 以 N 计 ， 磷肥施入土壤后 2 个月内， 65 以上变成不溶性磷， 主要以 Ca － P、 Al － P、 Fe －P 的形式， 通过径流而流失。未被植物及时利 用的氮化合物， 若以不能被土壤胶体吸附的 NO － 3 － N 的形式存在， 就会随下渗的土壤水转移至根系密集层 以下而造成污染 ［ 13 ］。美国对 Polomoc 河口湾的氮和磷 来源调查发现， 31的氮和磷来自农业径流。 由表2 可知 20002010 年全国有效灌溉面积由 53 820.3 khm2增至60 347.7 khm2， 增幅为6 527.4 khm2， 增长百分率为1.18， 而化肥施用量增幅为1 415.3 万 t， 增长百分率为34.13， 其中氮肥增长 8.89， 磷肥增长 16.67， 钾肥增长55.75， 复合肥增长95.94。 为防止污染环境， 应对使用的化学肥料进行控制 和管理。措施包括 1 防止化肥污染， 不要长期过量 使用同一种肥料， 掌握好施肥时间、 次数和用量， 采用 2 环境工程 Environmental Engineering 表 2全国化肥施用情况 Table 2The application situations of fertilizer in China 年份 有效灌溉 面积/khm2 氮肥/ 万 t 磷肥/ 万 t 钾肥/ 万 t 复合肥/ 万 t 总计/ 万 t 200053 820. 32 161. 5690. 5376. 5917. 94 146. 4 200154 249. 42 164. 1705. 7399. 6983. 74 253. 8 200254 354. 92 157. 3712. 2422. 41 040. 44 339. 4 200354 014. 22 149. 9713. 9438. 01 109. 84 411. 6 200454 478. 42 221. 9736. 0467. 31 204. 04 636. 6 200555 029. 32 229. 3743. 8489. 51 303. 24 766. 2 200655 750. 52 262. 5769. 5509. 71 385. 94 927. 7 200756 518. 32 297. 2773. 0533. 61 503. 05 107. 8 200858 471. 72 302. 9780. 1545. 21 608. 65 239. 0 200959 261. 42 329. 9797. 7564. 31 698. 75 404. 4 201060 347. 72 353. 7805. 6586. 41 798. 55 561. 7 分层施肥、 深施肥等方法减少化肥散失， 提高肥料利 用率; 2 化肥与有机肥配合使用， 增强土壤保肥能力 和化肥利用率， 减少水分和养分流失， 使土质疏松， 防 止土壤板结; 3 制定防止化肥污染的法律法规和无 公害农产品施肥技术规范， 使农产品生产过程中肥料 的使用有章可循、 有法可依， 有效控制化肥对土壤、 水 源和农产品产生的污染。 2. 3畜禽粪便污染及防治措施 为满足人口猛增对畜禽的需求， 我国畜禽业发展 迅速， 由家庭式逐渐向规模化转变， 但在规模和产值 增加的同时却忽略了环境污染防治工作。2009 年中 国畜禽粪便的产生量超过工业固体废弃物， 成为环境 污染的主要来源［14 ］。据 2010 年第一次全国污染源 普查公报显示， 畜禽养殖业粪便产生量 2. 43 亿 t， 尿 液产生量 1. 63 亿 t［15 ］。其中主要污染物 化学需氧 量 1 268. 26 万 t， 总氮102. 48 万 t， 总磷16. 04 万 t， 铜 2 397. 23t， 锌 4 756. 94t， 畜禽养殖废水污染物排放平 均浓度见表 3。 表 3畜禽养殖废水污染物排放平均浓度 Table 3The average concentration of pollutants from livestock wastewater 种类 清粪 方式 ρ COD / mg L －1 ρ NH3－N / mg L －1 ρ TN / mg L －1 ρ TP / mg L －1 粪大肠菌群/ 个/L －1 猪干捡2 64026137043. 5 猪水冲21 6005 9008 0501 270≥2. 40 108 肉牛干捡8 87022. 141. 45. 33 奶牛干捡6 820344512. 6 蛋鸡水冲6 060261342031. 42. 40 108 鸭干捡271. 854. 70. 139 由表3 可知 畜禽粪便中含有大量的含氮化合物 和含磷化合物等腐败有机质。水中以悬浮物或溶解状 态存在的腐败有机物质极易导致池塘、 湖泊、 水库等死 水区域产生富营养化现象， 甚至产生水华， 从而降低水 体中的溶解氧， 造成水生动植物减产、 死亡 ［ 16 ］。 针对畜禽排泄物对农业水环境污染严重的现象， 建议从以下方面进行改善 1增加环境监管力度。 政府应对畜禽养殖地进行环境监察管理， 实时了解当 地环境状况， 监督畜禽养殖场及时缴纳排污费或超标 排污费; 2畜禽养殖地的合理规划。养殖地应建立 在饮用水水源下游， 远离人口集中地区。在养殖地 内， 养殖户可根据具体地势情况， 建立相应的粪便处 理设备; 3对畜禽排泄物分类处理， 做好生态农业。 虽然畜禽排泄物会对环境造成很大的影响， 但同时又 是一种宝贵的资源， 畜禽粪便中含有大量的有机物和 氮、 磷等营养元素， 对其进行肥料化、 能源化和饲料化 等一系列资源化利用， 在促进农业的可持续发展和维 护生态平衡方面起到重要作用。 3结论 1全国农业用水的水量呈小幅下降趋势， 水质 相应也在逐渐降低。虽然历年来中国农业用水水量 均有所减少， 国家推广示范的一系列节水措施取得了 良好的效果， 但是根据中国目前的农业用水实际情 况， 节水措施强度还远远不够。 2农药和化肥的使用提高了粮食的产量， 但农药 和化肥的不恰当使用给农业用水造成严重污染， 最终通 过食物链与有毒有害物质的富集作用， 威胁人体健康。 3畜禽养殖业的迅速发展， 提高了农民收入， 解 决了部分的就业问题。但是因从业者的环保意识淡 薄、 缺乏必备的技术技能， 造成畜禽排泄物未经合理 处理污染环境， 通过地表径流、 土壤渗透等作用， 对农 业用水造成严重影响。 参考文献 ［1］李保国， 黄峰． 19982007 年中国农业用水分析［J］． 水科学进 展， 2010， 21 4 575- 583. ［2］李慧菁， 牧振伟． 流域水环境污染成因及控制措施［J］． 环境污 染与防治， 2012， 34 3 110- 112. ［3］周维博． 西北地区的农业灌溉与节水途径［J］． 水利水电科技 进展， 2001， 21 1 2- 4. ［4］王红梅． 新疆阿克苏河流域农业灌溉与节水途径［J］． 水利科 技与经济， 2008， 12 11 911- 912. ［5］Sadler E J，Evans Ｒ J，Buchleiter G W，et al．Site- specific variablerateprecisionirrigation moreoverheadboom improvements［J］． Irrigation Journal， 2001， 51 6 20- 24. 下转第 21 页 3 水污染防治 Water Pollution Control 原有的禽畜养殖场要坚决予以搬迁和拆除， 限养区原 有的规模禽畜养殖场要采取先进工艺， 增设污染处理 设施， 使粪便污水经处理后达标排放。 5 治理面源污染是一个大的系统工程， 涉及环 保、 水利、 农业、 林业等各个部门， 各有关部门要加强 团结协作、 科学治理， 才能收到标本兼治的效果。 3. 3完善汾河水库水源地水质监测体系 目前汾河水源地监测站网的监测点位、 监测能力 有限， 仅能监测评价水源地取水口水质状况， 未对入 库河道及敏感区域水质开展持续有效的监测， 无法满 足对水源地全方位、 高水平的监测监管要求。此外， 监测项目以无机物和 BOD5、 COD 等有机污染综合指 标为主， 有毒有机物、 生物毒性以及藻毒素等检测未 纳入日常监测项目， 无法满足对水源地系统、 客观的 评价要求 ［10 ］。应建立完善的汾河水库水源地水质监 测网络， 在水源地上游主要河道、 饮用水源取水口及 水源地上游主要排污口建立连续自动监测系统， 采用 先进的水质在线监测技术和设备， 对水质情况进行实 时监测， 及时掌握汾河水库及上游水质状况， 有效预 防上游突发性污染对汾河水库水质的威胁。 4结论 1 汾河水库水质评价符合地表水环境质量Ⅲ类 标准， 汾河水库的营养状态为中营养状态。 2 汾河水库上游河段 汾河干流、 岚河、 涧河 执 行的标准分别为地表水环境质量Ⅲ类、 Ⅳ类、 Ⅳ类标 准， 但应用单因子评价的结果为Ⅳ类、 劣Ⅴ类、 Ⅲ类水 质， 上游河段污染情况不容乐观， 尤其是岚河水质较 差， 主要超标污染物为 COD、 BOD5、 氨氮。 3 造成汾河水库及上游的污染主要原因是流域 内工业废水和生活污水的排放以及流域内的水土流 失、 农田种植业、 养殖业等引起的面源污染。 参考文献 ［1］宋颖． 汾河水库及其上游水质状况及治理保护对策研究［J］． 山西水利科技， 2007， 163 1 25- 27. ［2］李娟． 汾河水库水质调查与对策思考［J］． 科技情报开发与经 济， 2010， 20 7 177- 178. ［3］张建国， 赵兴安． 水土保持措施对汾河水库泥沙淤积的影响 ［J］． 黄河水利职业技术学院学报， 2010， 22 4 4- 6. ［4］郝福华． 汾河水库流域水土保持治理减沙与径流变化分析 ［J］． 水利水电技术， 2009， 40 5 61- 63. ［5］王晓宇． 汾河水库及其上游饮用水功能区农业面源污染及治理 保护［J］． 中国水土保持， 2010， 6 55- 57. ［6］梁菁， 彭晓春， 贺涛． 湖库型饮用水水源地污染防治对策研究 ［J］． 广东农业科学， 2009， 7 181- 185. ［7］黄继元． 南水北调水源地安康水库水质分析和保护对策［J］． 人民长江， 2005， 36 8 27- 28. ［8］张敏． 陆水水库水质分析评价与水环境保护对策［J］． 人民长 江， 42 21 74- 77. ［9］金中彦． 汾河水库及上游污染防治对策［J］． 水利水电技术， 2011， 42 18 19- 20. ［ 10］盛若虹， 李晓瑞， 薛梦莹． 汾河水库水源地水质状况及污染防治 建议［J］． 能源与节能， 2011， 71 8 51- 52. 第一作者 景胜元 1989 － ， 男， 硕士。shengyuan2476310163． com 通讯作者 徐明德 1958 － ， 男， 教授， 博士， 主要研究方向为污染控制 系统工程与环境规划。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 mingdexu126． com 上接第 3 页 ［6］Topunova I V，Prikhou’ ko V E，Sokolova T A． The effect of irrigation on the content and mineralogical composition of clays in chernozems of Ｒostov oblast Bagaevsko- Sadkovskaya Irrigation System ［J］． Moscow University Soil Science Bulletin， 2010， 65 1 1- 8. ［7］Kyle B B，Jennifer C M，Laura K Ｒ，et al． Impacts of agricultural irrigation recharge on groundwater quality in a basalt aquifer system Washington，USA a multitracer approach［J］ ． Hydrogeology Journal， 2011， 19 5 1039- 1051. ［8］陆海明， 孙金华， 邹鹰， 等． 农田排水沟渠的环境效应与生态功 能综述［J］． 水科学进展， 2010， 21 5 719- 725. ［9］谢涛， 唐彩霞， 唐文魁， 等． 中国农业非点源污染现状及控制措 施［J］． 广州师范学院学报． 自然科学版， 2010， 27 4 69- 73. ［ 10］张巨勇． 化学农药的危害及我国应采取的对策［J］ ． 云南环境 科学， 2004， 23 2 23- 26. ［ 11］范菲菲， 范成五， 秦松． 贵州农业土壤氮素流失对环境的影响 及防治对策［J］． 环境污染与防治， 2012， 34 7 106- 110. ［ 12］陈丽莎， 陈志良， 肖举强． 不同农业用地对土壤中氮影响的研究 进展［J］． 环境污染与防治， 2010， 32 12 72- 74， 80. ［ 13］刘征， 胡山鹰， 陈定江， 等． 中国磷资源产业中磷元素循环的投 入产出分析［J］． 清华大学校报． 自然科学版， 2006， 46 6 847- 850. ［ 14］林源， 马骥， 秦富． 中国畜禽粪便资源结构分布及发展展望 ［J］． 中国农学通报， 2012， 28 32 1- 5. ［ 15］徐伟朴， 陈同斌， 刘俊量， 等． 规模化畜禽养殖对环境的污染及 防治策略［J］． 环境科学， 2004 25 105- 108. ［ 16］宇万太， 张璐， 殷秀岩， 等． 农业生态系统养分循环再利用作物 产量收益的地理差异［J］． 农业工程学报， 2003， 19 6 28- 31. 第一作者 刘宇程 1977 － ， 男， 副教授， 主要从事油气田污染治理方 面的研究。lycswpi163． com 12 水污染防治 Water Pollution Control