楊育華，和蘭娣，支國強，劉 滔，畢 金

(1.昆明市環(huán)境科學研究院，云南昆明650032;2.云南垚淼環(huán)?？萍加邢薰?，云南昆明650032)

農田面源污染具有隨機性、復雜性等特點，也是造成湖泊富營養(yǎng)化的主要原因，更是威脅飲用水源安全的關鍵因素。農田面源污染是由于不科學的種植生產(chǎn)而引發(fā)，污染物在水動力作用下以徑流方式最終進入湖庫等水體。按照源－流－匯體系劃分共可分三個過程:一是源頭化學肥料、農藥大量施用，污染源強劇增超過土壤消納能力;二是高復種指數(shù)下產(chǎn)生的農業(yè)固廢難于實現(xiàn)合理還田利用流失污染嚴重，以及土壤人為擾動過于頻繁，農田土壤肥力下降和生態(tài)功能退化，保肥保水能力降低，氮、磷流失加重;三是破壞農田溝渠、地埂等生態(tài)緩沖帶造成農田生物多樣性銳減，田頭或田間緩沖、攔截功能喪失，氮、磷污染物極易入河湖，造成水體污染。鑒于此，本文按照生態(tài)學理論，結合近年來在湖庫地區(qū)實施的技術研究成果，在已有農田面源污染產(chǎn)生、輸移和流失主要過程的研究成果的基礎上，通過控源技術、過程調控技術、末端強化技術的研究試驗，旨在解決農業(yè)種植增收、發(fā)展生態(tài)農業(yè)和保護水環(huán)境之間的矛盾。

1 研究背景

1.1 農田面源污染防治現(xiàn)狀

對面源污染，國際范圍內仍然缺少有效的控制和監(jiān)測技術，在控制上采用源頭控制策略;在監(jiān)測上則強調因地制宜，而沒有標準方法。在進行農田面源污染控制上，主要是在全流域范圍內廣泛推行農田最佳養(yǎng)分管理 (best nutrient management practice，BNMP)［1］，目前發(fā)達國家對農田面源污染主要控制技術有:①農田最佳養(yǎng)分管理;②有機農業(yè)或綜合農業(yè)管理模式;③等高線條帶種植;④農業(yè)水土保持技術措施。同時制定和執(zhí)行限定性農業(yè)生產(chǎn)技術標準，包括:①對水源保護區(qū)、水源涵養(yǎng)地的輪作類型的限定;②對水源保護區(qū)、水源涵養(yǎng)地肥料類型、施肥量施肥方法的限定。為保證限定性農業(yè)生產(chǎn)技術標準的科學性和合理性，歐洲自20世紀80年代末以來啟動了一系列的科研行動計劃，在各地進行了大量相關試驗研究［1］，在扎實的研究基礎上，發(fā)展環(huán)境友好的農業(yè)生產(chǎn)技術，通過技術層與政策層的結合，實行全流域TN、TP控制，削減農業(yè)面源污染排放量。與此同時，為定量研究非點源污染負荷量及其比重、以及預測不同控制措施的效果，20世紀70年代提出了一些較為復雜的模型，如著名的 SWMM、STORM、ARM、SWAT模型等［2］。

20a來，發(fā)達國家在農業(yè)面源污染治理上主要通過源頭控制，對農田面源、畜禽面源進行分類控制。自20世紀80年代末以來，各國流域逐步實施農業(yè)投入TN、TP總量控制，TN、TP化肥用量分別下降了大約30%和50%，氮、磷化肥用量的大幅度下降使得農業(yè)面源污染得到了有效控制［1］。

我國從20世紀80年代以來，逐漸認識到面源污染的危害，在城市徑流和農田面源污染等方面開展了一些研究工作。重點實施了面源污染負荷的定量化研究、治理技術及污染控制管理等。農田面源污染控制研究涵蓋了以湖泊 (三河三湖，飲用水源地)富營養(yǎng)化防治為中心的精準化平衡施肥、農業(yè)固廢資源化利用、濕地、保護性耕作等內容，但研究深度和實踐與國外都存在巨大差距，面源污染的問題依然突出。

近年來，隨著對農村面源污染防治工作力度的不斷加大，國內科研院校、企事業(yè)等單位開展大量技術研究，部分技術在農業(yè)、科技等部門的牽頭下已有引進推廣和示范，但對我國西南高原地區(qū)農村以家庭式小規(guī)模經(jīng)營的現(xiàn)狀來說，在面上獲得推廣應用并不理想，這正是本研究的關鍵所在。

2.2 滇池沿湖地區(qū)概況

滇池位于云貴高原中部，地理坐標為東經(jīng)102°29'～ 103°01'，北緯 24°29'～ 25°28'，地處金沙江、珠江和紅河三大水系分水嶺地帶。隨著區(qū)域社會經(jīng)濟的發(fā)展，農業(yè)種植模式發(fā)生了巨大的變革，沿湖地區(qū)農田面積從1980年的6多萬hm2，減少到目前的約4萬hm2;作物由水稻、玉米替換成蔬菜、花卉;種植方式從傳統(tǒng)變?yōu)榱爽F(xiàn)代設施大棚種植。雖然農田總面積在下降，但農田面源污染負荷仍在增加。農田水肥流失對于昆明這樣的高原地區(qū)來說一直存在著，歷史上主要是以農田地表土壤流失為水土流失的代表，導致土壤保肥、保水及生產(chǎn)能力下降。近年來由于對化學肥料的依賴性增強，加劇了農田水肥流失的強度，造成農田周邊或下游水體環(huán)境富營養(yǎng)化。自“九五”以來，滇池流域城市面源和工業(yè)點源得到有效的控制，而面源污染仍然沒有找到實用有效的控制方式，日益嚴重，給滇池保護帶來了很大困難。據(jù)相關研究資料估算:滇池農田面源污染TN、TP分別占滇池農村面源污染總負荷的63.56%、38.84%;沿湖地區(qū)農田面源污染負荷中TN、TP則占區(qū)域農村面源污染負荷的63%、89%，是造成水環(huán)境污染的主要原因。

3 關鍵技術研究

從技術角度分析，農田面源污染防治的環(huán)節(jié)可歸納為兩個方面，一是肥料方面，包括肥料種類、特性，施用方式，耕作等;二是經(jīng)濟實用型防控措施，與末端聯(lián)合的田頭固廢處理利用、水肥耦合和徑流生物攔截等。防控技術只有充分考慮沿湖地區(qū)農業(yè)種植、農作習慣，才具有面上推廣的可行性，也才能保證防治效果的真正發(fā)揮。

農田面源污染物來源于肥料、農藥、除草劑等的施用;大氣降水、塵降;灌溉用水以及其間徑流(包括地表徑流、表層壤中流和過境水)，其中某一種或幾種污染來源是受區(qū)域大環(huán)境影響，實現(xiàn)局部地區(qū)控制較為困難。農田土壤既是氮、磷等污染物輸出的源，又是吸納、滯留、轉移的庫 (匯)，維系良好的農田土壤生態(tài)環(huán)境質量和肥力水平，是保證農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和控制農田面源污染的關鍵所在。針對當前滇池沿湖地區(qū)農田種植生產(chǎn)的情況，在全面分析滇池流域農田區(qū)域已有技術研究和示范存在問題的基礎上，根據(jù)農田污染物輸移的源－流－匯規(guī)律，以技術的經(jīng)濟實用、操作簡單和控制有效為核心，在滇池沿湖的晉寧縣上蒜鄉(xiāng)上蒜村，采用源頭控制、過程調控和末端攔截三種方式進行了20 hm2大田綜合應用試驗 (研究周期2009年1月～10月)。

3.1 大顆粒肥控源技術

受經(jīng)濟利益的驅使，沿湖地區(qū)農業(yè)結構大幅度調整，蔬菜、花卉大棚種植面積已占耕地面積的近90%，同時由于化肥、農藥具有使用的便捷性、速效性等客觀因素影響，化肥農藥不科學施用現(xiàn)象普遍。農田土壤連作障礙問題突顯，局部地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)客土事件，嚴重制約了農業(yè)發(fā)展和農民增收致富。近年來，雖然局部地區(qū)村民已經(jīng)認識到單一施用化肥帶來的問題，轉變了施肥方式，采用新鮮畜禽糞便與化學肥料混合施用，但仍然未能達到預期改良土壤質量的效果。

對此，本研究提出大顆?？厥Х柿霞庸ぜ笆┯眉夹g，其原理是根據(jù)不同植物需肥特性和土壤肥力水平，以完全腐熟的農家肥、有機肥料、高濃度復合肥、強吸附性天然礦物粉及硼、鋅微量元素等，按照一定的配比混合均勻后，經(jīng)靜壓成型法，壓制成粒徑＞25mm的顆粒組合肥料。此種肥料，改變了現(xiàn)有有機肥生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品規(guī)格形狀，增加了肥料的單位密度，降低了肥料水分含量，解決了農家肥施用不衛(wèi)生、不方便、搬運體積大、難于定量等問題，便于種植生產(chǎn)中的定量施用。產(chǎn)品具有良好的吸水膨脹特性和吸附性，肥料浸入水溶液中完全崩塌時間可以達到15min以上，從而大幅度提高有機肥施用的緩釋和防止流失的效果。

源頭控制實驗采用同田對比法，設傳統(tǒng)簡易施肥和大顆粒肥施用2個處理。大顆粒肥料化肥量為傳統(tǒng)施肥量的80%，等重量有機肥料，每個處理設6個重復，單個重復試驗小區(qū)面積為200m2(小區(qū)規(guī)格為10m×20m)，重復之間留1.2m的保護帶，總用地面積為3000m2;以青花菜 (品種:優(yōu)秀)作為供試作物，種植株行距為0.40m×0.60m，青花移栽后90d收獲，并采集根區(qū)土壤進行檢測。

大顆粒組合肥料與傳統(tǒng)簡易混合肥料施用區(qū)相比，6個傳統(tǒng)施肥小區(qū)青花平均產(chǎn)量為347.85kg，商品率為86.4%;大顆粒肥施用田產(chǎn)量為364.17kg，商品率為92.3%，說明大顆粒肥料的施用可減少化肥施用強度，提高養(yǎng)分利用率10～20個百分點，達到節(jié)本增效目的。對比施用前后2組12份土壤8h浸提液總氮、總磷檢測值，結果顯示大顆粒組合肥料可減少農田土壤水溶性氮、磷污染物負荷達10%～30%。表明采用大顆粒對改善肥料特性，改善植物根區(qū)土壤結構，保水、保肥具有良好效果;另外大顆粒肥料的應用對于推動秸稈、糞便的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，促進生態(tài)農業(yè)發(fā)展，控制農業(yè)固廢環(huán)境污染都具有重要的作用。

3.2 保護性栽培技術

農田面源污染防治是一項煩瑣的系統(tǒng)性工作，涉及耕作、施肥、除草、灌溉等環(huán)節(jié);同時受氣候、土壤等干擾，因此在不能或難于開展源頭控制的情況下，進行過程調控可以起到良好的作用。保護性栽培技術的核心是定點、定位開挖;定位除草、生物覆蓋 (中耕除草不施用除草劑，對作物間雜草只割除地上部分，避免整地翻挖除草，所除雜草就地覆蓋于地表)。

根據(jù)保護性栽培的要點，在晉寧縣上蒜鄉(xiāng)上蒜村實施，總面積2400m2，前茬為小麥。實驗選擇鮮食甜玉米 (品種:甜單6號)為供試作物，施肥量和方法相同，設常規(guī)種植 (CK)和保護性栽培2個處理，每個處理設4個重復，每個重復小區(qū)面積200m2。采用穴播方式，每穴播籽2粒，種植密度300穴/hm2，種植塘規(guī)格0.20m×0.25m。玉米播后30d，小苗高度平均約25cm，雜草高10cm，此時只對種植穴內雜草進行手工清除。待玉米苗株高達45cm時，選擇晴天對苗間雜草全面刈割，留茬高度3～7cm，并及時將刈割下的雜草就近鋪撒于地表，從而大幅度降低對地表擾動，雜草秸稈的生物覆蓋物起到了良好的保墑、遮光、抑草效果;同時控制農田氮、磷和水土流失。

整個實驗期內共采集到農田地表徑流水樣4批次，共檢測TN、TP、CODCr和SS 4個指標，檢測結果見表1。

從表1可知，采用科學的栽培方式對調控農田水肥和水土流失效果可起到顯著的作用，農田徑流污染物TN、TP、CODCr和SS的平均去除率分別為59.78%、69.45%、62.74和48.83%。

表1 兩種栽培方式農田地表徑流水質檢測結果 (mg/L)

3.3 農田末端溝－基－塘生態(tài)技術

國內外大量研究成果顯示，緩沖帶 (植物籬、植物帶等)對農田水土和水肥流失具有良好的控制效果，并能在一定程度上改善區(qū)域景觀和生物多樣性。此類技術的試驗和研究主要集中在我國長江中上游干旱河谷區(qū)和三峽庫區(qū)、北方黃土高原水土流失地區(qū)，目前，等高固氮植物籬技術在四川漢源縣、夾江縣、健為縣，云南元謀縣都建立了推廣試驗示范點 (工作站)［3］。在水土保護的長期實踐中，“緩沖帶”可以說是成熟技術的典型，在控制坡地水土流失、溝道侵蝕、面源污染防治以及保護和恢復生態(tài)等方面大顯身手［4］。

近年來，滇池沿湖地區(qū)農田侵占河道、地埂現(xiàn)象較為突出，特別是農田周邊原有的大量田埂已經(jīng)不復存在，農田埂應有的攔截、凈化等功能嚴重退化或喪失，是造成農田水肥和水土流失的關鍵因素之一。在昆明地區(qū)以流域為最基本單元實施大規(guī)模緩沖帶建設，存在兩個問題，一是緩沖帶的建設勢必占用農田，為保護外部公共利益而減少個體利益，農戶一般情況不會接受 (除非行政干預);二是末端建設緩沖帶，在特殊水文條件下由于水文等主導因素影響，形成的區(qū)域末端控制格局，控制能力有限，效果不明顯。因此，采用以農戶零散地塊為單元的源頭控制是解決上述問題的唯一有效途徑。

為探索出一套經(jīng)濟實用的技術措施，在分析已有相關研究成果的基礎上，緊密結合滇池沿湖地區(qū)農業(yè)生產(chǎn)實際，實施了農田污染末端生態(tài)控制技術。以單塊農田為控制單元，在農田地表徑流匯水區(qū)下方布設溝－基－塘生態(tài)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)布局和規(guī)模依農田坡度、區(qū)域降水而定。溝體沿地田壟、墑間排水口布設，溝體規(guī)格深0.4m、寬0.3m，土溝開挖后，對底部實施夯實和平整以利引流;利用開挖出的土方堆成基體，基體規(guī)格寬0.6m，長能完全收集農田徑流即可，基體建成后在其頂部每隔1.5m種植速生、抗性強、具經(jīng)濟價值的鄉(xiāng)土植物，同時在基面上種植豆科作物 (不施肥、不除草);根據(jù)溝體長度，每隔10～15m，增設容積為1.0m3的生態(tài)塘用于收集農田地表徑流，使其進行自然沉降、過濾。農田地表徑流經(jīng)土溝引流匯集到塘內，經(jīng)土壤、植物、微生物的協(xié)同作用，徑流污染物可以得到大幅削減 (徑流水質監(jiān)測結果見表2)。此系統(tǒng)的構建，在實現(xiàn)農田生物多樣性的同時，塘內集水還可補充農灌用水。

表2 溝－基－塘生態(tài)控制農田徑流監(jiān)測統(tǒng)計 (mg/L)

從表2可看出，農田末端采用的溝－基－塘生態(tài)控制系統(tǒng)對雨季農田地表徑流主要污染物TN、TP、CODCr、SS的去除率平均值分別達54.14%、66.86%、42.20%和76.41%，雖然與已有部分技術相比去除率偏低，但此技術較為經(jīng)濟和實用，同時監(jiān)測結果與 (王興祥、于興修等人)研究所提出地表排水中氮的流失以顆粒態(tài)為主［5］，無論是氮素還是磷素的流失形態(tài)主要以泥沙結合態(tài)為主這一結論［6］，是相吻合的。

4 結論

(1)大顆料肥料施用可源頭減少化學肥料施用量20%;保護性栽培可削減農田徑流TN、TP、CODCr和SS分別為59.78%、69.45%、62.74%和48.83%;末端攔截可削減農田徑流 TN、TP、CODCr和SS分別為54.14%、66.86%、42.20%和76.41%，控制農田水土流失是農田面源防治的關鍵環(huán)節(jié)和防治的重點之一。本研究對于滇池沿湖地區(qū)農田面源污染生態(tài)控制起到了良好的促進作用，由于各地農田面源污染存在的氣候、區(qū)域的差異，因此還有待進一步完善充實。

(2)農田水肥流失是農田種植生產(chǎn)資源的浪費，也是造成區(qū)域水體富營養(yǎng)化的重要因素之一，因此，就農田面源治理甚至是農村面源污染防治未來的研究仍將以生態(tài)治理為目標，以源－流－匯系統(tǒng)防治為核心。開發(fā)低成本、有效果、可在面上大量推廣應用的技術，或者將技術轉變成產(chǎn)品、裝置，提高普及利用率，在流域面上推進農田面源污染防治工作。

(3)農田面源污染防治在進行技術推廣應用的基礎上，仍然需要配套相應的政策、決策支持，建立完善相應的生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和目標，才能突顯農田面源污染防治工作成效。

［1］張維理，冀宏杰，Kolbe.H，等.中國農業(yè)面源污染形勢估計及控制Ⅱ歐美國家農業(yè)面源污染狀況及控制 ［J］.中國農業(yè)科學，2004，37(17):1020－1024.

［2］李懷恩，蔡胥明，彥玲.非點源污染研究現(xiàn)狀與發(fā)展 ［R］.第八屆海峽兩岸水利科技交流研討會，2004.

［3］孫輝，唐亞，謝嘉穗.植物籬種植模式及其在我國的研究和應用［J］.水土保持學報，2004，18(2):114.

［4］鐘勇.美國水土保持中的緩沖帶技術［J］.中國水利，2004，(10):63.

［5］于興修，楊桂林，梁濤.西苕溪流域土地利用對氮素流失過程影響［J］.農業(yè)環(huán)境保護，2002，21(5):424－341.

［6］王興祥，張斌.紅壤旱坡地農田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡［J］.生態(tài)學報，1999，19(3):335－341.