我國農業氮污染問題及防治范文

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1不合理施用化肥氮對農業生態環境的污染

施入農田中的氮主要通過淋溶、徑流和氣態逸出(包括氨揮發和反硝化脫氮)三種途徑損失。自1980年以來,我國化肥氮的用量增加迅速,至1998年,全國化肥氮的用量已達2233.5萬t。我國氮的利用率低(有些城郊蔬菜基地與高產地區氮肥利用率降至10%～20%),平均為35%左右(發達國家為50%～60%),損失則高達45%。這意味著每年約有1000萬t左右的氮通過不同的途徑流失,對生態環境造成的污染或潛在污染已相當嚴重。如在我國南方太湖周邊地區氮肥用量高達526～600kg/hm2[2],其中嘉興地區施氮量比之還高,每年盈余量為施氮總量的25.6%[3]。研究表明,在蘇南稻區徑流、泡田棄水及淋洗合計年均N損失量21kg/hm2,通過農田輸入湖泊的氮量占輸入該湖氮總量的7%～35%[4]。根據我國地表水環境質量標準,總氮或總磷含量不得超過0.1mg/L,江蘇太湖地區地表水調查結果表明,各河流總氮含量超標率88%～100%,湖水樣總氮超標率100%[5]。太湖97%面積的水體已經呈中富營養狀態,使近幾年大面積藍藻爆發[6]。

長期過量施用氮肥不僅使地面水體富營養化,而且導致地下水和飲用水硝酸鹽污染。據太湖流域調查,蘇、浙、滬二省一市16個縣內76個飲用井水硝態氮和亞硝態氮的超標率(地下水質量標準為硝態氮≤20mg/L,亞硝態氮≤0.02mg/L)已分別達38.2%和57.9%[7]。杭州市郊農村井水NO3-N含量為35.6mg/L,最高達175mg/L,超標率為49.7%[8]。為防止過量施N對生態環境的進一步污染,有專家提出在南方(浙江)將每季作物純氮使用量應控制在150kg/hm2左右為宜,氮肥推薦安全施用量為315kg/(hm2•a)[9]。

在北方過量施氮和高量灌溉或降水是導致硝態氮淋溶損失和污染地下水的主要原因。陳子明等人在北京潮土上進行的春小麥、夏玉米連作試驗表明,經濟效益最高的施N量為75kg/hm2,產量最高的施N量為150kg/hm2,在冬春作物施氮量150kg/hm2時,灌水不要超過750m3/hm2,若灌水量超過900m3/hm2和旬降雨量超過100mm時,將有NO3-N淋洗到100cm以下,排出水NO3-N超過30mg/L[10],夏玉米施氮量150kg/hm2時,7月、8月雨季時130cm土層以下NO3-N的淋失量達30mg/L左右[11]。呂殿青等人在黑土婁土上進行的氮肥用量試驗表明,在灌溉條件下,玉米收獲后0～4m土壤剖面中NO-3總淋失量是隨施氮量的增加而增加,但玉米產量在施N量112.5、187.5和262.5kg/hm2時,分別為8250、8300和8350kg/hm2,基本接近[12]。上述表明,過多的施氮并不能增加更多的產量,而是浪費了大量肥料,污染了環境。一些試驗表明,施氮量400kg/hm2,可使黃土20m深的地下水硝態氮濃度提高到50mg/L[13]。歐陽喜輝等人認為北京地區施氮量超過225kg/hm2時即會引起地下水潛在的硝態氮污染[14]。

但自80年代以來,我國北方一些城市郊區或高產地區施入量已超過這一限值,年施氮量高達500kg/hm2已屬常見,有的一年二茬菜地氮肥用量高達1894kg/hm2。張維理等人對北方京、津、唐地區14個縣市的69個地點進行的地下水、飲用水硝酸鹽污染調查表明,硝酸鹽含量超過50mg/L的達50%以上,最高者達300mg/L[15].呂殿清對西北地區綏德到榆林間沿公路兩側調查93個井水(大部分為飲、灌兩用),硝態氮含量超標的占21.5%;在關中灌區和渭北旱塬地區調查24個縣的74口井,超標的占29.73%[12]。地下水和飲用水的硝酸鹽污染正對人體健康構成嚴重威脅。如據調查河北玉田縣小定莊村農戶家中飲用井水硝酸鹽含量高達300mg/L,全村1000多人有一年就有二名兒童死于血癌[15]。不合理施用N肥導致農產品質量(尤其是蔬菜硝酸鹽污染)下降亦是近些年人們關注的熱點之一。資料表明施氮適量植株蛋白質含量隨施氮量增長逐漸增加,硝態氮含量增加緩慢,當施氮量達到一定限量再增加時,則蛋白質含量下降,而硝態氮含量大幅度上升[16]。

蔬菜中的硝態氮含量和氮肥的施用量呈顯著的正相關,過量施氮可比不施氮時,小白菜、油菜和菠菜中硝態氮的含量大約最多可提高80～126倍左右[17]。國內有人提出評價蔬菜硝酸鹽污染分級指標,其硝態氮最高限量值為<700mg/kg[18]。人體攝入的硝酸鹽主要來自蔬菜,由于盲目施肥,中國一些大城市的蔬菜硝酸鹽和亞硝酸的含量偏高,有的高達3000～4000mg/kg[1]。如對寧波市蔬菜調查表明,鄞縣氮肥用量為純N731kg/hm2,蔬菜中NO-3含量高達4930mg/kg[16]。單純地追求高投入、高產出,過量施用化肥氮而導致蔬菜中硝酸鹽含量過高,形成了對人體健康的潛在危害。任祖淦等人研究提出,蔬菜N素用量以300kg/hm2為臨界值,若超量,蔬菜NO-3累積有超標污染的危害[19]。人們對于合理使用氮肥應包括對生態環境影響的考慮是有個認識的過程。據張維理報道,在化肥氮應用方面,80年代之前為西歐發達國家的快速增長時期。以德國為例,1950～1979年的29年中氮肥用量從1950年的23kg/hm2上升到1979年的185kg/hm2,平均每年遞增5.8%。而自80年代以后,化肥氮用量出現持平至逐年下降趨勢,1988～1995年8年中化肥氮平均用量從202kg/hm2減至149kg/hm2,減少26%。在德國西部氮化肥平均用量已降至121kg/hm2。

這一時期糧食作物總產和單產保持穩定增長,從1980～1997年18年中單產由80年代初的4319kg/hm2提高至1997年的6284kg/hm2。其他歐洲國家如英國、法國、比利時與此相似[20]。上述這些變化主要與80年代研究發現過量施用氮肥引起地下水、飲用水硝酸鹽污染問題,而促成了西歐各國農業及環境政策的相應變化,采取生態農業政策有關。西歐發達國家的經驗值得我們借鑒。目前我國氮化肥用量仍處于不斷增長時期,1985年～1995年氮素養分投入高于產出,產投率為74.8%。每年N的盈量為69kg/hm2[21]。據資料初步統計,1998年我國大約有14個省市平均單位面積施氮量超過國際上公認的上限225kg/hm2,其中湖北、福建、廣東、江蘇、上海、浙江、北京、湖南等8省市的平均施氮量已超過300kg/hm2[22]。維持良好的生態環境是實現農業可持續發展戰略的重要保證,若為謀取眼前利益而以污染或破壞生態環境的方式追求高產量是不可取的。因此對于過量施用氮肥,污染生態環境的問題應引起高度重視,積極采取措施,有效地加以防范。

2防止農業生態環境氮污染的對策

我國一些地區在集約化農業生產中由于存在著注重農田施用氮肥的增產效應,忽視環境效應,不是科學、合理施肥,而是憑經驗盲目施肥,以至施肥產生的面源污染有加劇之勢,并已造成局部地區(尤其是一些經濟較發達的高產區與城郊蔬菜區)水源及農產品的硝酸鹽污染。針對這些情況,應積極采取措施,加強法制建設,全面協調集約化農業生產中施肥與生產者的效益、生態環境、消費者安全性等諸方面的相互關系,從而建立起保障我國農業持續發展的施用氮肥綜合管理體系,有效控制施用N肥對水源與食物鏈可能產生的污染危害。

(1)制定《農田施肥污染防治管理規定》包括制定農田施肥限量指標:根據不同土壤、作物、氣候、水文與農業生產條件等制定防止對地下水、地面水及農產品產生硝酸鹽污染或其他污染的農田施肥限量,土壤與農田出水中硝酸鹽或其他污染物限量指標。建立新的肥料管理與服務體制:在已有土壤肥力信息系統與土壤—植物動態監測管理系統的基礎上,建立平衡施肥專家咨詢系統與測土(植株)、配方、生產、供應與技術指導的產業化一條龍服務體制;建立配肥站,將配方施肥技術加載在生產(因土、因作物)專用復合肥上,以產業化方式推進科學施肥。

(2)制定“集約化農業合理施肥技術規范”包括遵循精確農業施肥原則,采用國際上先進的土壤、植株快速測定的營養診斷與量化氮肥推薦施用技術體系;推廣施用新型長效、控釋肥料,從生產、環境與食品安全性考慮,提出不同土壤與作物條件下的肥料適宜品種與用量,施用時期、施用方法,確定施肥總量與追肥的定量,額定灌水量、提高化肥利用率,確保維持土壤的安全生產能力。

(3)建立健全施肥對環境影響的監督與評價系統包括成立以農業環境監測部門為主,有土壤肥力管理部門與村民委員會參加的農田施肥對環境影響的監督與評價系統,建立開展定期或不定期對本地區施肥環境效應進行監測與評價的制度;開展對廣大農民進行宣傳與培訓工作,普及施肥對生態環境與人體健康影響方面的知識,提高農民自覺遵守有關農田合理施肥與保護環境的法規。