杨育华，和兰娣，支国强，刘 滔，毕 金

(1.昆明市环境科学研究院，云南昆明650032;2.云南垚淼环保科技有限公司，云南昆明650032)

农田面源污染具有随机性、复杂性等特点，也是造成湖泊富营养化的主要原因，更是威胁饮用水源安全的关键因素。农田面源污染是由于不科学的种植生产而引发，污染物在水动力作用下以径流方式最终进入湖库等水体。按照源－流－汇体系划分共可分三个过程:一是源头化学肥料、农药大量施用，污染源强剧增超过土壤消纳能力;二是高复种指数下产生的农业固废难于实现合理还田利用流失污染严重，以及土壤人为扰动过于频繁，农田土壤肥力下降和生态功能退化，保肥保水能力降低，氮、磷流失加重;三是破坏农田沟渠、地埂等生态缓冲带造成农田生物多样性锐减，田头或田间缓冲、拦截功能丧失，氮、磷污染物极易入河湖，造成水体污染。鉴于此，本文按照生态学理论，结合近年来在湖库地区实施的技术研究成果，在已有农田面源污染产生、输移和流失主要过程的研究成果的基础上，通过控源技术、过程调控技术、末端强化技术的研究试验，旨在解决农业种植增收、发展生态农业和保护水环境之间的矛盾。

1 研究背景

1.1 农田面源污染防治现状

对面源污染，国际范围内仍然缺少有效的控制和监测技术，在控制上采用源头控制策略;在监测上则强调因地制宜，而没有标准方法。在进行农田面源污染控制上，主要是在全流域范围内广泛推行农田最佳养分管理 (best nutrient management practice，BNMP)［1］，目前发达国家对农田面源污染主要控制技术有:①农田最佳养分管理;②有机农业或综合农业管理模式;③等高线条带种植;④农业水土保持技术措施。同时制定和执行限定性农业生产技术标准，包括:①对水源保护区、水源涵养地的轮作类型的限定;②对水源保护区、水源涵养地肥料类型、施肥量施肥方法的限定。为保证限定性农业生产技术标准的科学性和合理性，欧洲自20世纪80年代末以来启动了一系列的科研行动计划，在各地进行了大量相关试验研究［1］，在扎实的研究基础上，发展环境友好的农业生产技术，通过技术层与政策层的结合，实行全流域TN、TP控制，削减农业面源污染排放量。与此同时，为定量研究非点源污染负荷量及其比重、以及预测不同控制措施的效果，20世纪70年代提出了一些较为复杂的模型，如著名的 SWMM、STORM、ARM、SWAT模型等［2］。

20a来，发达国家在农业面源污染治理上主要通过源头控制，对农田面源、畜禽面源进行分类控制。自20世纪80年代末以来，各国流域逐步实施农业投入TN、TP总量控制，TN、TP化肥用量分别下降了大约30%和50%，氮、磷化肥用量的大幅度下降使得农业面源污染得到了有效控制［1］。

我国从20世纪80年代以来，逐渐认识到面源污染的危害，在城市径流和农田面源污染等方面开展了一些研究工作。重点实施了面源污染负荷的定量化研究、治理技术及污染控制管理等。农田面源污染控制研究涵盖了以湖泊 (三河三湖，饮用水源地)富营养化防治为中心的精准化平衡施肥、农业固废资源化利用、湿地、保护性耕作等内容，但研究深度和实践与国外都存在巨大差距，面源污染的问题依然突出。

近年来，随着对农村面源污染防治工作力度的不断加大，国内科研院校、企事业等单位开展大量技术研究，部分技术在农业、科技等部门的牵头下已有引进推广和示范，但对我国西南高原地区农村以家庭式小规模经营的现状来说，在面上获得推广应用并不理想，这正是本研究的关键所在。

2.2 滇池沿湖地区概况

滇池位于云贵高原中部，地理坐标为东经102°29'～ 103°01'，北纬 24°29'～ 25°28'，地处金沙江、珠江和红河三大水系分水岭地带。随着区域社会经济的发展，农业种植模式发生了巨大的变革，沿湖地区农田面积从1980年的6多万hm2，减少到目前的约4万hm2;作物由水稻、玉米替换成蔬菜、花卉;种植方式从传统变为了现代设施大棚种植。虽然农田总面积在下降，但农田面源污染负荷仍在增加。农田水肥流失对于昆明这样的高原地区来说一直存在着，历史上主要是以农田地表土壤流失为水土流失的代表，导致土壤保肥、保水及生产能力下降。近年来由于对化学肥料的依赖性增强，加剧了农田水肥流失的强度，造成农田周边或下游水体环境富营养化。自“九五”以来，滇池流域城市面源和工业点源得到有效的控制，而面源污染仍然没有找到实用有效的控制方式，日益严重，给滇池保护带来了很大困难。据相关研究资料估算:滇池农田面源污染TN、TP分别占滇池农村面源污染总负荷的63.56%、38.84%;沿湖地区农田面源污染负荷中TN、TP则占区域农村面源污染负荷的63%、89%，是造成水环境污染的主要原因。

3 关键技术研究

从技术角度分析，农田面源污染防治的环节可归纳为两个方面，一是肥料方面，包括肥料种类、特性，施用方式，耕作等;二是经济实用型防控措施，与末端联合的田头固废处理利用、水肥耦合和径流生物拦截等。防控技术只有充分考虑沿湖地区农业种植、农作习惯，才具有面上推广的可行性，也才能保证防治效果的真正发挥。

农田面源污染物来源于肥料、农药、除草剂等的施用;大气降水、尘降;灌溉用水以及其间径流(包括地表径流、表层壤中流和过境水)，其中某一种或几种污染来源是受区域大环境影响，实现局部地区控制较为困难。农田土壤既是氮、磷等污染物输出的源，又是吸纳、滞留、转移的库 (汇)，维系良好的农田土壤生态环境质量和肥力水平，是保证农业可持续发展和控制农田面源污染的关键所在。针对当前滇池沿湖地区农田种植生产的情况，在全面分析滇池流域农田区域已有技术研究和示范存在问题的基础上，根据农田污染物输移的源－流－汇规律，以技术的经济实用、操作简单和控制有效为核心，在滇池沿湖的晋宁县上蒜乡上蒜村，采用源头控制、过程调控和末端拦截三种方式进行了20 hm2大田综合应用试验 (研究周期2009年1月～10月)。

3.1 大颗粒肥控源技术

受经济利益的驱使，沿湖地区农业结构大幅度调整，蔬菜、花卉大棚种植面积已占耕地面积的近90%，同时由于化肥、农药具有使用的便捷性、速效性等客观因素影响，化肥农药不科学施用现象普遍。农田土壤连作障碍问题突显，局部地区已经出现客土事件，严重制约了农业发展和农民增收致富。近年来，虽然局部地区村民已经认识到单一施用化肥带来的问题，转变了施肥方式，采用新鲜畜禽粪便与化学肥料混合施用，但仍然未能达到预期改良土壤质量的效果。

对此，本研究提出大颗粒控失肥料加工及施用技术，其原理是根据不同植物需肥特性和土壤肥力水平，以完全腐熟的农家肥、有机肥料、高浓度复合肥、强吸附性天然矿物粉及硼、锌微量元素等，按照一定的配比混合均匀后，经静压成型法，压制成粒径＞25mm的颗粒组合肥料。此种肥料，改变了现有有机肥生产工艺和产品规格形状，增加了肥料的单位密度，降低了肥料水分含量，解决了农家肥施用不卫生、不方便、搬运体积大、难于定量等问题，便于种植生产中的定量施用。产品具有良好的吸水膨胀特性和吸附性，肥料浸入水溶液中完全崩塌时间可以达到15min以上，从而大幅度提高有机肥施用的缓释和防止流失的效果。

源头控制实验采用同田对比法，设传统简易施肥和大颗粒肥施用2个处理。大颗粒肥料化肥量为传统施肥量的80%，等重量有机肥料，每个处理设6个重复，单个重复试验小区面积为200m2(小区规格为10m×20m)，重复之间留1.2m的保护带，总用地面积为3000m2;以青花菜 (品种:优秀)作为供试作物，种植株行距为0.40m×0.60m，青花移栽后90d收获，并采集根区土壤进行检测。

大颗粒组合肥料与传统简易混合肥料施用区相比，6个传统施肥小区青花平均产量为347.85kg，商品率为86.4%;大颗粒肥施用田产量为364.17kg，商品率为92.3%，说明大颗粒肥料的施用可减少化肥施用强度，提高养分利用率10～20个百分点，达到节本增效目的。对比施用前后2组12份土壤8h浸提液总氮、总磷检测值，结果显示大颗粒组合肥料可减少农田土壤水溶性氮、磷污染物负荷达10%～30%。表明采用大颗粒对改善肥料特性，改善植物根区土壤结构，保水、保肥具有良好效果;另外大颗粒肥料的应用对于推动秸秆、粪便的产业化发展，促进生态农业发展，控制农业固废环境污染都具有重要的作用。

3.2 保护性栽培技术

农田面源污染防治是一项烦琐的系统性工作，涉及耕作、施肥、除草、灌溉等环节;同时受气候、土壤等干扰，因此在不能或难于开展源头控制的情况下，进行过程调控可以起到良好的作用。保护性栽培技术的核心是定点、定位开挖;定位除草、生物覆盖 (中耕除草不施用除草剂，对作物间杂草只割除地上部分，避免整地翻挖除草，所除杂草就地覆盖于地表)。

根据保护性栽培的要点，在晋宁县上蒜乡上蒜村实施，总面积2400m2，前茬为小麦。实验选择鲜食甜玉米 (品种:甜单6号)为供试作物，施肥量和方法相同，设常规种植 (CK)和保护性栽培2个处理，每个处理设4个重复，每个重复小区面积200m2。采用穴播方式，每穴播籽2粒，种植密度300穴/hm2，种植塘规格0.20m×0.25m。玉米播后30d，小苗高度平均约25cm，杂草高10cm，此时只对种植穴内杂草进行手工清除。待玉米苗株高达45cm时，选择晴天对苗间杂草全面刈割，留茬高度3～7cm，并及时将刈割下的杂草就近铺撒于地表，从而大幅度降低对地表扰动，杂草秸秆的生物覆盖物起到了良好的保墒、遮光、抑草效果;同时控制农田氮、磷和水土流失。

整个实验期内共采集到农田地表径流水样4批次，共检测TN、TP、CODCr和SS 4个指标，检测结果见表1。

从表1可知，采用科学的栽培方式对调控农田水肥和水土流失效果可起到显著的作用，农田径流污染物TN、TP、CODCr和SS的平均去除率分别为59.78%、69.45%、62.74和48.83%。

表1 两种栽培方式农田地表径流水质检测结果 (mg/L)

3.3 农田末端沟－基－塘生态技术

国内外大量研究成果显示，缓冲带 (植物篱、植物带等)对农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区域景观和生物多样性。此类技术的试验和研究主要集中在我国长江中上游干旱河谷区和三峡库区、北方黄土高原水土流失地区，目前，等高固氮植物篱技术在四川汉源县、夹江县、健为县，云南元谋县都建立了推广试验示范点 (工作站)［3］。在水土保护的长期实践中，“缓冲带”可以说是成熟技术的典型，在控制坡地水土流失、沟道侵蚀、面源污染防治以及保护和恢复生态等方面大显身手［4］。

近年来，滇池沿湖地区农田侵占河道、地埂现象较为突出，特别是农田周边原有的大量田埂已经不复存在，农田埂应有的拦截、净化等功能严重退化或丧失，是造成农田水肥和水土流失的关键因素之一。在昆明地区以流域为最基本单元实施大规模缓冲带建设，存在两个问题，一是缓冲带的建设势必占用农田，为保护外部公共利益而减少个体利益，农户一般情况不会接受 (除非行政干预);二是末端建设缓冲带，在特殊水文条件下由于水文等主导因素影响，形成的区域末端控制格局，控制能力有限，效果不明显。因此，采用以农户零散地块为单元的源头控制是解决上述问题的唯一有效途径。

为探索出一套经济实用的技术措施，在分析已有相关研究成果的基础上，紧密结合滇池沿湖地区农业生产实际，实施了农田污染末端生态控制技术。以单块农田为控制单元，在农田地表径流汇水区下方布设沟－基－塘生态控制系统，系统布局和规模依农田坡度、区域降水而定。沟体沿地田垄、墒间排水口布设，沟体规格深0.4m、宽0.3m，土沟开挖后，对底部实施夯实和平整以利引流;利用开挖出的土方堆成基体，基体规格宽0.6m，长能完全收集农田径流即可，基体建成后在其顶部每隔1.5m种植速生、抗性强、具经济价值的乡土植物，同时在基面上种植豆科作物 (不施肥、不除草);根据沟体长度，每隔10～15m，增设容积为1.0m3的生态塘用于收集农田地表径流，使其进行自然沉降、过滤。农田地表径流经土沟引流汇集到塘内，经土壤、植物、微生物的协同作用，径流污染物可以得到大幅削减 (径流水质监测结果见表2)。此系统的构建，在实现农田生物多样性的同时，塘内集水还可补充农灌用水。

表2 沟－基－塘生态控制农田径流监测统计 (mg/L)

从表2可看出，农田末端采用的沟－基－塘生态控制系统对雨季农田地表径流主要污染物TN、TP、CODCr、SS的去除率平均值分别达54.14%、66.86%、42.20%和76.41%，虽然与已有部分技术相比去除率偏低，但此技术较为经济和实用，同时监测结果与 (王兴祥、于兴修等人)研究所提出地表排水中氮的流失以颗粒态为主［5］，无论是氮素还是磷素的流失形态主要以泥沙结合态为主这一结论［6］，是相吻合的。

4 结论

(1)大颗料肥料施用可源头减少化学肥料施用量20%;保护性栽培可削减农田径流TN、TP、CODCr和SS分别为59.78%、69.45%、62.74%和48.83%;末端拦截可削减农田径流 TN、TP、CODCr和SS分别为54.14%、66.86%、42.20%和76.41%，控制农田水土流失是农田面源防治的关键环节和防治的重点之一。本研究对于滇池沿湖地区农田面源污染生态控制起到了良好的促进作用，由于各地农田面源污染存在的气候、区域的差异，因此还有待进一步完善充实。

(2)农田水肥流失是农田种植生产资源的浪费，也是造成区域水体富营养化的重要因素之一，因此，就农田面源治理甚至是农村面源污染防治未来的研究仍将以生态治理为目标，以源－流－汇系统防治为核心。开发低成本、有效果、可在面上大量推广应用的技术，或者将技术转变成产品、装置，提高普及利用率，在流域面上推进农田面源污染防治工作。

(3)农田面源污染防治在进行技术推广应用的基础上，仍然需要配套相应的政策、决策支持，建立完善相应的生态产业发展方向和目标，才能突显农田面源污染防治工作成效。

［1］张维理，冀宏杰，Kolbe.H，等.中国农业面源污染形势估计及控制Ⅱ欧美国家农业面源污染状况及控制 ［J］.中国农业科学，2004，37(17):1020－1024.

［2］李怀恩，蔡胥明，彦玲.非点源污染研究现状与发展 ［R］.第八届海峡两岸水利科技交流研讨会，2004.

［3］孙辉，唐亚，谢嘉穗.植物篱种植模式及其在我国的研究和应用［J］.水土保持学报，2004，18(2):114.

［4］钟勇.美国水土保持中的缓冲带技术［J］.中国水利，2004，(10):63.

［5］于兴修，杨桂林，梁涛.西苕溪流域土地利用对氮素流失过程影响［J］.农业环境保护，2002，21(5):424－341.

［6］王兴祥，张斌.红壤旱坡地农田生态系统养分循环与平衡［J］.生态学报，1999，19(3):335－341.