我国农业氮污染问题及防治范文

1不合理施用化肥氮对农业生态环境的污染

施入农田中的氮主要通过淋溶、径流和气态逸出(包括氨挥发和反硝化脱氮)三种途径损失。自1980年以来,我国化肥氮的用量增加迅速,至1998年,全国化肥氮的用量已达2233.5万t。我国氮的利用率低(有些城郊蔬菜基地与高产地区氮肥利用率降至10%～20%),平均为35%左右(发达国家为50%～60%),损失则高达45%。这意味着每年约有1000万t左右的氮通过不同的途径流失,对生态环境造成的污染或潜在污染已相当严重。如在我国南方太湖周边地区氮肥用量高达526～600kg/hm2[2],其中嘉兴地区施氮量比之还高,每年盈余量为施氮总量的25.6%[3]。研究表明,在苏南稻区径流、泡田弃水及淋洗合计年均N损失量21kg/hm2,通过农田输入湖泊的氮量占输入该湖氮总量的7%～35%[4]。根据我国地表水环境质量标准,总氮或总磷含量不得超过0.1mg/L,江苏太湖地区地表水调查结果表明,各河流总氮含量超标率88%～100%,湖水样总氮超标率100%[5]。太湖97%面积的水体已经呈中富营养状态,使近几年大面积蓝藻爆发[6]。

长期过量施用氮肥不仅使地面水体富营养化,而且导致地下水和饮用水硝酸盐污染。据太湖流域调查,苏、浙、沪二省一市16个县内76个饮用井水硝态氮和亚硝态氮的超标率(地下水质量标准为硝态氮≤20mg/L,亚硝态氮≤0.02mg/L)已分别达38.2%和57.9%[7]。杭州市郊农村井水NO3-N含量为35.6mg/L,最高达175mg/L,超标率为49.7%[8]。为防止过量施N对生态环境的进一步污染,有专家提出在南方(浙江)将每季作物纯氮使用量应控制在150kg/hm2左右为宜,氮肥推荐安全施用量为315kg/(hm2•a)[9]。

在北方过量施氮和高量灌溉或降水是导致硝态氮淋溶损失和污染地下水的主要原因。陈子明等人在北京潮土上进行的春小麦、夏玉米连作试验表明,经济效益最高的施N量为75kg/hm2,产量最高的施N量为150kg/hm2,在冬春作物施氮量150kg/hm2时,灌水不要超过750m3/hm2,若灌水量超过900m3/hm2和旬降雨量超过100mm时,将有NO3-N淋洗到100cm以下,排出水NO3-N超过30mg/L[10],夏玉米施氮量150kg/hm2时,7月、8月雨季时130cm土层以下NO3-N的淋失量达30mg/L左右[11]。吕殿青等人在黑土娄土上进行的氮肥用量试验表明,在灌溉条件下,玉米收获后0～4m土壤剖面中NO-3总淋失量是随施氮量的增加而增加,但玉米产量在施N量112.5、187.5和262.5kg/hm2时,分别为8250、8300和8350kg/hm2,基本接近[12]。上述表明,过多的施氮并不能增加更多的产量,而是浪费了大量肥料,污染了环境。一些试验表明,施氮量400kg/hm2,可使黄土20m深的地下水硝态氮浓度提高到50mg/L[13]。欧阳喜辉等人认为北京地区施氮量超过225kg/hm2时即会引起地下水潜在的硝态氮污染[14]。

但自80年代以来,我国北方一些城市郊区或高产地区施入量已超过这一限值,年施氮量高达500kg/hm2已属常见,有的一年二茬菜地氮肥用量高达1894kg/hm2。张维理等人对北方京、津、唐地区14个县市的69个地点进行的地下水、饮用水硝酸盐污染调查表明,硝酸盐含量超过50mg/L的达50%以上,最高者达300mg/L[15].吕殿清对西北地区绥德到榆林间沿公路两侧调查93个井水(大部分为饮、灌两用),硝态氮含量超标的占21.5%;在关中灌区和渭北旱塬地区调查24个县的74口井,超标的占29.73%[12]。地下水和饮用水的硝酸盐污染正对人体健康构成严重威胁。如据调查河北玉田县小定庄村农户家中饮用井水硝酸盐含量高达300mg/L,全村1000多人有一年就有二名儿童死于血癌[15]。不合理施用N肥导致农产品质量(尤其是蔬菜硝酸盐污染)下降亦是近些年人们关注的热点之一。资料表明施氮适量植株蛋白质含量随施氮量增长逐渐增加,硝态氮含量增加缓慢,当施氮量达到一定限量再增加时,则蛋白质含量下降,而硝态氮含量大幅度上升[16]。

蔬菜中的硝态氮含量和氮肥的施用量呈显著的正相关,过量施氮可比不施氮时,小白菜、油菜和菠菜中硝态氮的含量大约最多可提高80～126倍左右[17]。国内有人提出评价蔬菜硝酸盐污染分级指标,其硝态氮最高限量值为<700mg/kg[18]。人体摄入的硝酸盐主要来自蔬菜,由于盲目施肥,中国一些大城市的蔬菜硝酸盐和亚硝酸的含量偏高,有的高达3000～4000mg/kg[1]。如对宁波市蔬菜调查表明,鄞县氮肥用量为纯N731kg/hm2,蔬菜中NO-3含量高达4930mg/kg[16]。单纯地追求高投入、高产出,过量施用化肥氮而导致蔬菜中硝酸盐含量过高,形成了对人体健康的潜在危害。任祖淦等人研究提出,蔬菜N素用量以300kg/hm2为临界值,若超量,蔬菜NO-3累积有超标污染的危害[19]。人们对于合理使用氮肥应包括对生态环境影响的考虑是有个认识的过程。据张维理报道,在化肥氮应用方面,80年代之前为西欧发达国家的快速增长时期。以德国为例,1950～1979年的29年中氮肥用量从1950年的23kg/hm2上升到1979年的185kg/hm2,平均每年递增5.8%。而自80年代以后,化肥氮用量出现持平至逐年下降趋势,1988～1995年8年中化肥氮平均用量从202kg/hm2减至149kg/hm2,减少26%。在德国西部氮化肥平均用量已降至121kg/hm2。

这一时期粮食作物总产和单产保持稳定增长,从1980～1997年18年中单产由80年代初的4319kg/hm2提高至1997年的6284kg/hm2。其他欧洲国家如英国、法国、比利时与此相似[20]。上述这些变化主要与80年代研究发现过量施用氮肥引起地下水、饮用水硝酸盐污染问题,而促成了西欧各国农业及环境政策的相应变化,采取生态农业政策有关。西欧发达国家的经验值得我们借鉴。目前我国氮化肥用量仍处于不断增长时期,1985年～1995年氮素养分投入高于产出,产投率为74.8%。每年N的盈量为69kg/hm2[21]。据资料初步统计,1998年我国大约有14个省市平均单位面积施氮量超过国际上公认的上限225kg/hm2,其中湖北、福建、广东、江苏、上海、浙江、北京、湖南等8省市的平均施氮量已超过300kg/hm2[22]。维持良好的生态环境是实现农业可持续发展战略的重要保证,若为谋取眼前利益而以污染或破坏生态环境的方式追求高产量是不可取的。因此对于过量施用氮肥,污染生态环境的问题应引起高度重视,积极采取措施,有效地加以防范。

2防止农业生态环境氮污染的对策

我国一些地区在集约化农业生产中由于存在着注重农田施用氮肥的增产效应,忽视环境效应,不是科学、合理施肥,而是凭经验盲目施肥,以至施肥产生的面源污染有加剧之势,并已造成局部地区(尤其是一些经济较发达的高产区与城郊蔬菜区)水源及农产品的硝酸盐污染。针对这些情况,应积极采取措施,加强法制建设,全面协调集约化农业生产中施肥与生产者的效益、生态环境、消费者安全性等诸方面的相互关系,从而建立起保障我国农业持续发展的施用氮肥综合管理体系,有效控制施用N肥对水源与食物链可能产生的污染危害。

(1)制定《农田施肥污染防治管理规定》包括制定农田施肥限量指标:根据不同土壤、作物、气候、水文与农业生产条件等制定防止对地下水、地面水及农产品产生硝酸盐污染或其他污染的农田施肥限量,土壤与农田出水中硝酸盐或其他污染物限量指标。建立新的肥料管理与服务体制:在已有土壤肥力信息系统与土壤—植物动态监测管理系统的基础上,建立平衡施肥专家咨询系统与测土(植株)、配方、生产、供应与技术指导的产业化一条龙服务体制;建立配肥站,将配方施肥技术加载在生产(因土、因作物)专用复合肥上,以产业化方式推进科学施肥。

(2)制定“集约化农业合理施肥技术规范”包括遵循精确农业施肥原则,采用国际上先进的土壤、植株快速测定的营养诊断与量化氮肥推荐施用技术体系;推广施用新型长效、控释肥料,从生产、环境与食品安全性考虑,提出不同土壤与作物条件下的肥料适宜品种与用量,施用时期、施用方法,确定施肥总量与追肥的定量,额定灌水量、提高化肥利用率,确保维持土壤的安全生产能力。

(3)建立健全施肥对环境影响的监督与评价系统包括成立以农业环境监测部门为主,有土壤肥力管理部门与村民委员会参加的农田施肥对环境影响的监督与评价系统,建立开展定期或不定期对本地区施肥环境效应进行监测与评价的制度;开展对广大农民进行宣传与培训工作,普及施肥对生态环境与人体健康影响方面的知识,提高农民自觉遵守有关农田合理施肥与保护环境的法规。