农业面源污染研究进展

       针对农业面源污染的源头和过程本身，面源污染防治需解决的问题可分为总量估算、路径分析和治理措施3个方面。然而，面源污染物的来源及其传输过程监测控制难度较大，需使用模型模拟方法才能对农业面源污染进行评估分析。

       源头控制为主、过程阻控与末端治理相结合是进行农业面源污染防控的主要途径。本研究概述了农业面源污染的来源、特点及其危害，分析了农业面源污染模型和防治技术，以期为农业面源污染防控奠定基础。

一、农业面源污染的来源

农业面源污染通常来源于农业种植、畜禽养殖和农村生活污水3个方面，耕地、果园面积大幅度增长，农村地区畜禽养殖业的迅速发展和生活排污是造成农业面源污染的主要因素，其中以农田径流形式产生的氮、磷流失，对河流水体氮、磷含量贡献较大。

研究表明，农业面源污染不同类型污染源产生TN负荷量大小依次为农田化肥、畜禽养殖、农村生活，而不同类型污染源TP污染负荷量大小顺序为畜禽养殖、农田化肥、农村生活。

二、农业面源污染的特点

与点源污染相比，农业面源污染具有以下几个显著特点：①来源广泛，具有不确定性，进入水体不能集中监测；②随机性、间歇性变化大，进入水体迁移属于水动力学；③与降雨径流、水土流失有关，降雨是面源污染产生的基本条件；④暴雨过后污染负荷较大；⑤人类活动影响迁移过程。依据农业面源污染特点，可利用径流分割法将河流划分为枯水期和丰水期，点源污染与降水等水文过程基本无关，因此河流枯水期污染负荷较大。

三、农业面源污染的危害

基于农业面源污染的来源，面源污染物主要包括硝酸盐、铵根离子、重金属、有机磷、农药、病原微生物、寄生虫和抗生素等。中国平均化肥施用量约达400kg/hm2，过量化肥施入土壤后会直接造成土壤板结、酸化、硝酸盐积累、次生盐渍化等耕地质量下降问题，残余的氮磷等养分进入水体会造成水体富营养化。

多数地区因土壤淋滤导致地下水硝酸盐和亚硝酸盐超标严重，中国地下水硝态氮超标区域主要集中在老菜区，全国不少大中城市出现了蔬菜硝酸盐含量超标在80%以上的现象，硝酸盐还原为强致癌物亚硝酸盐会严重危害人体健康。农业生产中以喷雾、喷粉、扬撒等方式施用化肥和农药会造成70%以上的损失率并污染大气。

畜禽养殖生产过程中产生大量有毒、有害和有刺激性的气体，如NH3、H2S、硫醇、乙烷和三甲胺等，未经净化处理直排到大气中会加剧空气污染；施用畜禽粪污沼液沼渣能有效增加土壤养分含量，同时土壤养分和盐分快速累积，对土壤环境带来较大的污染风险；用于促进动物生长及疾病预防和治疗的抗生素很大一部分会残留在动物粪污中，粪污在收集-处理-利用的过程中会导致大量养分和抗生素流失进入环境造成生态污染。此外，农业面源污染产生的重金属、病原菌微生物和寄生虫等均会对环境产生不利影响，如含Cd磷肥在农业生产中长期使用，Cd具有高毒性、高生物迁移性，农药的存在增加了土壤中重金属到水体的流失量，加剧了水体污染。

四、农业面源污染模型

面源污染模型的主要任务是通过尽可能准确地模拟面源污染所涉及的生态过程来估算污染物的流失量、判断流失路径、确定不同影响因素的敏感程度、评价不同治理措施的效果以及布设位置的变化，最终为合理制定面源污染治理策略提供科学依据。

常用的农业面源污染模型类型很多，包括SWAT (Soil and water assessment tool)、SWMM (Stormwater management model)、HSPF (Hydrological simulation program fortran)、APEX (Agricultural Policy environmental extender)、AnnAGNPS (Annual agricultural non-point source)、LTHIA (Long term hydrologic impact analysis)和 ECM (Export coefficient method) 等，其中 SWAT和 ECM两个模型在中国应用较为广泛。

SWAT模型适用于中到大流域尺度的面源污染负荷计算，其优点是考虑了农村和农业管理措施的长期影响以及汇流和泥沙汇合，可用于专门的流程如细菌载运，但模型运行需要大量的输入文件，无法模拟水体中溶解氧的日变化，无法准确评估极端日流量发生、土壤氮碳复杂动态演化和产流模拟，在不同研究区域使用时必须修改数据库。

ECM模型是一个经验性模型，该模型考虑土地利用分类，结合畜禽数量和分布、农村居民非点源污染物排放，能较准确估算氮磷负荷，运用ECM模型的关键在于确定模型输出系数，而输出系数受各种因素的影响，如地形、降雨和土壤类型等，但传统ECM模型未考虑降雨和地形等因素对面源污染输出负荷的影响，使用时必须对ECM模型予以改进。

除了污染模型外，中国流域内对于农业面源污染物负荷的估算方法有很多，较为常见的是径流分割法、浓度平均法、降水差量分析法、等标污染负荷法、排污系数法和清单分析法等。

五、农业面源污染防治技术

根据污染物排放源的不同，农业面源污染防治技术可分为种植业面源污染防治技术、畜禽养殖业面源污染防治技术和农村生活污水治理技术3种类型，而依据面源污染物的产生和迁移机理，对农业面源污染物可实行源头控制、过程阻断、末端治理的防治策略。

综合考虑污染物排放、迁移和转化过程，实现种植业面源污染的防控技术分为源头削减、过程拦截和养分回用三级技术体系，源头削减技术平均削减氮磷肥投入18%-42%和15%-33%，过程拦截技术平均减少氮磷排放15%-40%和14%-42%，养分回用技术平均削减氮磷肥投入17%-41%和0-20%，各技术详见下表，源头削减技术是行之有效的手段。

畜禽养殖业面源污染防治技术分为源头减量技术、过程控制技术和末端资源化利用技术。①源头减量技术。推广使用微生物制剂、酶制剂等饲料添加剂和低氮磷、低矿物质饲料配方，提高饲料转化效率；减量使用兽药和铜、锌饲料添加剂，降低养殖污染排放；引导配套养殖粪污干湿分离等以减少污水中固形物含量。②过程控制技术。养殖场需建设必要的粪污收集处理设施，配套粪污收集处理技术，如微生物发酵床养殖、粪便堆肥处理和沼气工程发酵产气等技术以加速粪污资源化、无害化利用。③末端资源化利用技术。因地制宜地开展还田处理，对规模化畜禽养殖废弃物的治理可考虑沼气池生态能源加分散式污水处理模式，发酵产生的沼液经人工湿地、氧化塘等处理后，出水用于农田和果园等就地消化，沼渣直接用于园地和林地等。小型养殖户采用“源头减量+沼气池+沼液综合利用”的就地利用模式，依托养殖场自有及周边农户的水稻田和园地等，大力推广“猪-沼-稻”和“猪-沼-园”模式。

农村生活污水主要来源于厨房污水、生活洗涤污水、冲厕水和牲畜的洗涤用水、粪水等，其特点为污水产生量小、分散且成分不同，污水排放量时空分布变化大，具有可生化处理性，污水难集中，因此处理模式的选择应根据村庄条件因素、自然因素、建设因素、经济因素等多方面因素综合考虑，主要根据附近是否有城镇污水收集管网、村庄居民分散程度、地形来确定农村生活污水处理模式，具体情况见下表。

       安徽中邦济国环保科技有限公司与华中农业大学博士生导师刘广龙教授农业面源污染治理团队在农业面源污染治理领域合作开发新产品、新技术、新解决方案等方面进行“精耕细作”。双方围绕国家农业农村发展战略，深度研究并开展农业面源污染防治工作，目前已开发并获得了“农业面源污染智慧监管平台”等相关知识产权。后续，我们将建立更紧密的产学研深度合作关系，推动更多科技成果落地转化，为农业面源污染治理提供更高质量的科技支撑。