农业绿色高质量发展期面源污染治理的思考与实践
发布时间：2021-06-14 08:17
农业是中国经济平稳发展的基石,在保障了粮食安全的同时也造成了严重的面源污染。过去10a,中国面源污染治理虽取得一定成效,但农业源的贡献仍居高不下。该研究阐述了新时期农业面源污染治理面临的挑战,结合国家农业绿色发展的重大需求,提出了以"生态循环、流域统筹"为核心的农业面源污染治理新思路;分析了农业面源污染治理的卡脖子技术,提出了以"种养结合、产业链循环"为核心的污染治理实现路径;深入探讨了农业面源污染治理运维机制不通畅的原因,提出以"农民和农业企业为主力军"的多元主体治理及运维机制;结合典型案例,阐述了农业面源污染治理的实现路径和应用效果,以期为推动中国农业农村生态环境治理体系的现代化建设提供支撑。
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
农业清洁流域构建思路
集约化农业的发展打破了生态系统物质和能量循环，导致过量投入的养分和废弃物进入土壤和水体等环境介质，造成水体富营养化、土壤退化和大气污染等环境问题。自20世纪70年代以来，中国的重点湖泊与河流水域，如五大湖泊、三峡库区、滇池、白洋淀、南四湖等水体富营养化问题逐渐凸显[4]。水体中过量的氮磷等营养物质主要来自于农业源、工业源与生活源。2007年第一次全国污染源普查[5]的结果表明，来自农业源的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）、总氮以及总磷的贡献占到总污染物的一半左右（分别为44%、57%和67%），与工业源相当。时隔10 a,2020年6月发布的《第二次全国污染源普查公报》[6]的数据显示，中国农业领域中的污染排放量与第一次污染普查相比呈明显下降趋势（图1）。COD、总氮、总磷排放量分别下降了19%、48%、26%。但农业源污染物的占比仍然很高，农业面源COD、总氮和总磷排放量分别约占到全国排放量的50%、47%和67%。种植业与畜禽养殖的贡献占到农业源的90%以上，从总氮的排放来看，种植业与养殖业各半；总磷与氨氮的排放量种植业与养殖业比值为1∶1.3与1∶1.6。也就是说，与工业和城镇生活污染治理相比，农业面源污染负荷的削减幅度和速度较为缓慢，与第一次污染普查相比对水体的污染贡献率不降反升。农业源占比如此之高，与中国传统种养殖业、农村生活“高投入、高消耗、高排放、低效益”的粗放型发展模式紧密相关。1980—2018年间，中国化肥消费量增长了345%，约占世界化肥总消费量的1/3[7-8]。化肥的投入带来了粮食产量的大幅提高，人民生活到改善。然而粮食总产量并未随着化肥消费量的增加而持续上升，过去30a间仅增长了105%[8]。氮磷肥的利用率不足40%，比发达国家低10%～20%[1,9]。通过径流与淋溶，多余的氮磷营养（(27)10%）从农田流失，通过沟渠进入水体[10-12]。10%～20%的氮素还会通过氨挥发的方式进入大气[13-14]，经大气环流或降雨作用沉降进入陆地与水体，同样对水体中的藻类增殖起着关键作用[15-16]。近些年来中国规模化畜禽养殖业也得以快速发展，成为农业农村经济最具活力的增长点。以生猪养殖为例，2017年中国畜禽养殖量为12亿头（猪当量），是美国（5.4亿头）的2倍，畜禽污染物产生量也为美国的2倍左右[17]。中国每年产生畜禽粪污38亿t，综合利用率低于60%[18]。此外，中国乡村地区仅有9%的行政村能实现生活污水处理，一半左右的乡村水源被污染[19]。以太湖流域为例，农村生活污染源排放的COD占所有排放源排放量的23%，总氮占40%，总磷占38%[20]。第三次农业普查结果表明，仅有48.6%的农户使用卫生厕所，仍有2%的农户没有厕所[21]。农村人居环境整治三年行动方案实施以来，卫生厕所的普及率有所上升达60%[22]。
在长效运维机制方面，探索了农民与农牧企业为“内动力”的模式，推动废弃物资源化的良性循环路径，形成了污染治理与产业发展紧密结合的长效保障机制。以区域有机废弃物资源化利用为纽带，一方面，突破了种养一体化增效减负技术难关与产业链上下游，将小麦深加工产生的酒糟作为饲料主体，再配入麸皮、玉米面形成特有的液态蛋白饲料用于生猪养殖，引入酒糟废液与猪粪共发酵，养殖产生的粪便资源化和能源化利用，转化成沼气和生物质天然气，沼液作为有机肥回到种植基地。该模式构建的高效种植-生态养殖-废弃物资源化能源化利用生态循环产业链模式，实现了资源与能源在种植、养殖、农村生活3个部分的高效流动，完成了三者的零距离对接。另一方面，地方龙头企业发挥了在面源污染治理中产业化工程化的优势，通过政府购买服务，承担了农村厕所的粪便专业化收运，连同散养户的粪污资源，与企业已有的养殖废弃物和作物秸秆协同处理，将农业有机废弃物资源化融入到强筋优质小麦清洁种植、无抗生猪生态养殖两大主导产业，推动农业农村环境污染治理和农业现代化转型升级的紧密结合。通过建设山东省滨州市滨城区年产720万m3生物天然气工程建设项目，项目形成年处理秸秆2.38万t、畜禽粪污30.6万t，年产沼气720万m3、沼渣液48万t的产业化生产能力，同时滨州市滨城区9个乡镇418个行政村的厕所粪尿也得到了资源化利用。有机肥替代节省了种植环节的肥料投入，实现了地力的提升与粮食增产，综合计算可实现增收2 400元/hm2。与2014年相比，示范区入河水质COD、氨氮、总磷污染物的削减率分别为35.9%、33.3%和31.2%。良好的经济与环境效应使得政府、企业、农民和科研单位均成为了受益主体，确保整个面源污染治理模式高效、协同、通畅地运行。
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤健康与农业绿色发展：机遇与对策[J]. 张俊伶,张江周,申建波,田静,金可默,张福锁. 土壤学报. 2020(04)
[2]Toward Agriculture Green Development[J]. Oene OENEMA. Frontiers of Agricultural Science and Engineering. 2020(01)
[3]农业工程科技创新推进农业绿色发展[J]. 隋斌,董姗姗,孟海波,王佳锐,沈玉君,丁京涛,周海宾,冯晶. 农业工程学报. 2020(02)
[4]我国农业生态环境领域突出问题与未来科技创新的思考[J]. 王农,刘宝存,孙约兵. 农业资源与环境学报. 2020(01)
[5]我国农村厕所改造的区域特征及路径探析[J]. 王永生,刘彦随,龙花楼. 农业资源与环境学报. 2019(05)
[6]我国农田面源污染治理的思路与技术[J]. 杨林章. 民主与科学. 2018(05)
[7]可持续发展的分散式农村生活污水治理技术[J]. 吕锡武. 民主与科学. 2018(05)
[8]考虑面源污染的农业开发流域生态安全评价研究[J]. 欧阳威,鞠欣妍,高翔,郝芳华,高冰. 中国环境科学. 2018(03)
[9]雾霾亦可诱发水体富营养化[J]. 郝晓地,罗玉琪,曹达啟,李爽. 中国给水排水. 2018(06)
[10]Source-sink landscape spatial characteristics and effect on non-point source pollution in a small catchment of the Three Gorge Reservoir Region[J]. WANG Jin-liang,NI Jiu-pai,CHEN Cheng-long,XIE De-ti,SHAO Jing-an,CHEN Fang-xin,LEI Ping. Journal of Mountain Science. 2018(02)
本文编号：3229428
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
农业清洁流域构建思路
集约化农业的发展打破了生态系统物质和能量循环，导致过量投入的养分和废弃物进入土壤和水体等环境介质，造成水体富营养化、土壤退化和大气污染等环境问题。自20世纪70年代以来，中国的重点湖泊与河流水域，如五大湖泊、三峡库区、滇池、白洋淀、南四湖等水体富营养化问题逐渐凸显[4]。水体中过量的氮磷等营养物质主要来自于农业源、工业源与生活源。2007年第一次全国污染源普查[5]的结果表明，来自农业源的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）、总氮以及总磷的贡献占到总污染物的一半左右（分别为44%、57%和67%），与工业源相当。时隔10 a,2020年6月发布的《第二次全国污染源普查公报》[6]的数据显示，中国农业领域中的污染排放量与第一次污染普查相比呈明显下降趋势（图1）。COD、总氮、总磷排放量分别下降了19%、48%、26%。但农业源污染物的占比仍然很高，农业面源COD、总氮和总磷排放量分别约占到全国排放量的50%、47%和67%。种植业与畜禽养殖的贡献占到农业源的90%以上，从总氮的排放来看，种植业与养殖业各半；总磷与氨氮的排放量种植业与养殖业比值为1∶1.3与1∶1.6。也就是说，与工业和城镇生活污染治理相比，农业面源污染负荷的削减幅度和速度较为缓慢，与第一次污染普查相比对水体的污染贡献率不降反升。农业源占比如此之高，与中国传统种养殖业、农村生活“高投入、高消耗、高排放、低效益”的粗放型发展模式紧密相关。1980—2018年间，中国化肥消费量增长了345%，约占世界化肥总消费量的1/3[7-8]。化肥的投入带来了粮食产量的大幅提高，人民生活到改善。然而粮食总产量并未随着化肥消费量的增加而持续上升，过去30a间仅增长了105%[8]。氮磷肥的利用率不足40%，比发达国家低10%～20%[1,9]。通过径流与淋溶，多余的氮磷营养（(27)10%）从农田流失，通过沟渠进入水体[10-12]。10%～20%的氮素还会通过氨挥发的方式进入大气[13-14]，经大气环流或降雨作用沉降进入陆地与水体，同样对水体中的藻类增殖起着关键作用[15-16]。近些年来中国规模化畜禽养殖业也得以快速发展，成为农业农村经济最具活力的增长点。以生猪养殖为例，2017年中国畜禽养殖量为12亿头（猪当量），是美国（5.4亿头）的2倍，畜禽污染物产生量也为美国的2倍左右[17]。中国每年产生畜禽粪污38亿t，综合利用率低于60%[18]。此外，中国乡村地区仅有9%的行政村能实现生活污水处理，一半左右的乡村水源被污染[19]。以太湖流域为例，农村生活污染源排放的COD占所有排放源排放量的23%，总氮占40%，总磷占38%[20]。第三次农业普查结果表明，仅有48.6%的农户使用卫生厕所，仍有2%的农户没有厕所[21]。农村人居环境整治三年行动方案实施以来，卫生厕所的普及率有所上升达60%[22]。
在长效运维机制方面，探索了农民与农牧企业为“内动力”的模式，推动废弃物资源化的良性循环路径，形成了污染治理与产业发展紧密结合的长效保障机制。以区域有机废弃物资源化利用为纽带，一方面，突破了种养一体化增效减负技术难关与产业链上下游，将小麦深加工产生的酒糟作为饲料主体，再配入麸皮、玉米面形成特有的液态蛋白饲料用于生猪养殖，引入酒糟废液与猪粪共发酵，养殖产生的粪便资源化和能源化利用，转化成沼气和生物质天然气，沼液作为有机肥回到种植基地。该模式构建的高效种植-生态养殖-废弃物资源化能源化利用生态循环产业链模式，实现了资源与能源在种植、养殖、农村生活3个部分的高效流动，完成了三者的零距离对接。另一方面，地方龙头企业发挥了在面源污染治理中产业化工程化的优势，通过政府购买服务，承担了农村厕所的粪便专业化收运，连同散养户的粪污资源，与企业已有的养殖废弃物和作物秸秆协同处理，将农业有机废弃物资源化融入到强筋优质小麦清洁种植、无抗生猪生态养殖两大主导产业，推动农业农村环境污染治理和农业现代化转型升级的紧密结合。通过建设山东省滨州市滨城区年产720万m3生物天然气工程建设项目，项目形成年处理秸秆2.38万t、畜禽粪污30.6万t，年产沼气720万m3、沼渣液48万t的产业化生产能力，同时滨州市滨城区9个乡镇418个行政村的厕所粪尿也得到了资源化利用。有机肥替代节省了种植环节的肥料投入，实现了地力的提升与粮食增产，综合计算可实现增收2 400元/hm2。与2014年相比，示范区入河水质COD、氨氮、总磷污染物的削减率分别为35.9%、33.3%和31.2%。良好的经济与环境效应使得政府、企业、农民和科研单位均成为了受益主体，确保整个面源污染治理模式高效、协同、通畅地运行。
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤健康与农业绿色发展：机遇与对策[J]. 张俊伶,张江周,申建波,田静,金可默,张福锁. 土壤学报. 2020(04)
[2]Toward Agriculture Green Development[J]. Oene OENEMA. Frontiers of Agricultural Science and Engineering. 2020(01)
[3]农业工程科技创新推进农业绿色发展[J]. 隋斌,董姗姗,孟海波,王佳锐,沈玉君,丁京涛,周海宾,冯晶. 农业工程学报. 2020(02)
[4]我国农业生态环境领域突出问题与未来科技创新的思考[J]. 王农,刘宝存,孙约兵. 农业资源与环境学报. 2020(01)
[5]我国农村厕所改造的区域特征及路径探析[J]. 王永生,刘彦随,龙花楼. 农业资源与环境学报. 2019(05)
[6]我国农田面源污染治理的思路与技术[J]. 杨林章. 民主与科学. 2018(05)
[7]可持续发展的分散式农村生活污水治理技术[J]. 吕锡武. 民主与科学. 2018(05)
[8]考虑面源污染的农业开发流域生态安全评价研究[J]. 欧阳威,鞠欣妍,高翔,郝芳华,高冰. 中国环境科学. 2018(03)
[9]雾霾亦可诱发水体富营养化[J]. 郝晓地,罗玉琪,曹达啟,李爽. 中国给水排水. 2018(06)
[10]Source-sink landscape spatial characteristics and effect on non-point source pollution in a small catchment of the Three Gorge Reservoir Region[J]. WANG Jin-liang,NI Jiu-pai,CHEN Cheng-long,XIE De-ti,SHAO Jing-an,CHEN Fang-xin,LEI Ping. Journal of Mountain Science. 2018(02)
本文编号：3229428
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