農業(yè)面源污染防控與水環(huán)境保護
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農業(yè)面源污染的控制策略
目前，國內外開展了大量的有關農業(yè)面源污染防控的研究，開發(fā)了不少行之有效的技術，其中部分技術還建立了示范工程，如節(jié)水灌溉、保護性耕作和生態(tài)溝渠。但是，這些更多是關注技術層面的防控，缺乏系統(tǒng)和全面的控制體系；更多的只是關注對農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)局部或某個要素的修補或完善，而缺乏對整個農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復與優(yōu)化。事實上，農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的各種物質循環(huán)，如水分和養(yǎng)分，以及各個生態(tài)要素之間是相互作用的。因此，要維持和提高農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內在消納農業(yè)面源污染的能力，需要從生態(tài)系統(tǒng)的全局出發(fā)，構建一個生態(tài)系統(tǒng)要素與物質交換、能流與物流聯(lián)動、信息流互換的綜合防控策略。
基于此，筆者根據(jù)面源污染的形成和發(fā)展過程于2011年提出了農業(yè)面源污染控制工程的“減源（Reduce）—攔截（Retain）—修復（Restoration）”（3R）策略與實踐方案，即在農業(yè)面源污染控制工程建設過程中，以實現(xiàn)農業(yè)環(huán)境保護、農業(yè)經濟可持續(xù)發(fā)展與農村人居環(huán)境和諧發(fā)展為目標，從污染物產生的源頭開展污染物的減量化工程（減源），在污染物遷移過程中開展污染物的攔截與阻斷工程（攔截），并對面源污染物進行深度的處理與再凈化，在此基礎上對農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行環(huán)保修復（修復），實現(xiàn)農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)自我修復功能的提高和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉換。
基于循環(huán)經濟理論與全球資源戰(zhàn)略的要求，筆者對?3R?策略。進行了發(fā)展和升華，形成了另外一種更高級的農業(yè)面源污染控制工程指導模式——“源頭減量（Reduce）—過程阻斷（Retain）—養(yǎng)分再利用（Reuse）—生態(tài)修復（Restore）”（4R）策略，形成了包括源頭減量、過程阻斷、養(yǎng)分再利用和生態(tài)修復防控面源污染的綜合性策略（圖?2）。
基于?4R?策略布局的技術分布在各節(jié)點上，使節(jié)點技術在流程上銜接、時空上覆蓋，形成區(qū)域集成技術體系，其特點有全過程、全空間覆蓋，氮減排與資源利用結合，農業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護雙贏。4R?策略詳述如下：
（1）源頭減量。類似于點源污染控制，減少來源是農業(yè)面源污染控制的關鍵和最有效的策略[33]。由于養(yǎng)分利用效率低且肥料投入過量，直接導致了農田中氮和磷的過度排放。因此，降低源頭的策略主要包括優(yōu)化養(yǎng)分和水分管理過程，減少肥料的投入，提高養(yǎng)分利用效率，以及實施節(jié)水灌溉和徑流控制。
（2）過程阻斷。過程控制技術包括生態(tài)溝渠、緩沖帶、生態(tài)池塘和人工濕地。一般來說，生態(tài)溝渠是農業(yè)領域最有效的營養(yǎng)保留技術之一。在生態(tài)溝渠中，排水中的氮、磷等營養(yǎng)物質可以通過溝渠中的生物進行有效的攔截、吸附、同化和反硝化等多種方式去除，并已在我國太湖地區(qū)得到廣泛應用。此外，采用保護性耕作、免耕和生態(tài)隔離帶等措施也是攔截農業(yè)面源污染的重要措施。
（3）養(yǎng)分再利用。養(yǎng)分再利用將面源污水中的氮、磷等營養(yǎng)物再度進入農作物生產系統(tǒng)，為農作物提供營養(yǎng)，達到循環(huán)再利用的目的。對于畜禽糞便和農作物秸稈中的氮、磷養(yǎng)分，可通過直接還田，或養(yǎng)殖廢水和沼液在經過預處理后進行還田。對于農村生活污水、農田排水及富營養(yǎng)化河水中的氮、磷養(yǎng)分，可通過稻田濕地系統(tǒng)對其消納凈化和回用。研究結果表明，在水稻拔節(jié)期和灌漿期，稻田人工濕地對低污染水中氮、磷的凈化效率分別達到了?75%—81%、82%—96%。
（4）水生生態(tài)系統(tǒng)修復。這里的水生生態(tài)系統(tǒng)指的是農業(yè)區(qū)內的污水路徑，如運河、溝渠、池塘和溪流，而不是最終的目的地水域，如湖泊和水庫。盡管在運輸過程中采取了有效措施減少化肥投入和控制污染物輸出，但仍有大量的有機質和氮、磷等污染物將不可避免地被釋放出來。因此，需要對這些面源污水的輸移路徑進行水生生態(tài)修復，以提高其自凈能力。迄今為止，已經開發(fā)并廣泛應用了生態(tài)浮床、生態(tài)潛水壩、河岸濕地和沉水植物等多種修復技術。