农业农村面源污染控制生态工程类型有哪些？各有什么作用？其技术要点是什么？ 农业面源污染的含义
农村生活污水治理技术
近20年来, 国外在农业面源污染控制实践中, 农村生活污水治理研究得到了较大发展。国内在消化、吸收国外先进技术的基础上, 对生活污水处理技术进行了集成及创新, 尤其针对我国农村分散式生活污水处理, 开展了技术研究与工程实践, 取得了较好进展。
人工湿地污水处理系统是一种研究较为广泛的污水处理系统。它是在自然湿地基础上发展起来的污水处理生态工程技术, 利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化[5−6]。澳大利亚科学和工业研究组织(CSIRO)研制的“FILTER”污水处理系统则是一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”。其特点是过滤后的污水都汇集到地下暗管排水系统中, 并设有水泵, 可以控制排水暗管以上的地下水位以及处理后污水的排出量[7]。“FILTER”系统对生活污水的处理效果好, 其运行费用低, 特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区, 或是以种植牧草为主的地区。毛细管渗滤沟污水处理, 是一种基于土地的地下污水渗滤处理系统, 它利用了自然净化能力, 是一种简单、高效的小规模污水处理工艺, 特别适用于污水管网不完备的地区, 是一项处理分散排放的污水的实用技术。
蚯蚓生态滤池处理系统是近年在法国和智利发展起来的一项针对农村生活污水的处理技术, 该工艺仅通过向土壤处理系统中接种蚯蚓, 改善生态滤池的处理环境, 提高污水处理效率, 适宜用于农村生活污水处理[8]。李军状等[9]采用塔式蚯蚓生态滤池处理系统对集中型农村生活污水进行处理, 该系统对COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别为86.7%、91.3%、72.4%和96.2%。不过, 如何长期保持蚯蚓良好的活性, 是该技术面临的一个重要问题。另外, 对蚯蚓生态滤池处理系统的长期运行效果, 尚需检验。
稳定塘处理系统是由美国加州大学伯克利分校的Oswald提出的, 是一种利用天然净化能力的生物处理构筑物的总称, 主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物[10]。Babu等[11]的研究证明, 其建造的藻类稳定塘的主要除N机理是硝化−反硝化、藻类对N的利用以及矿化作用。赵学敏等[12]对滇池流域大清河生物稳定塘系统中的水质净化效果进行了分析, 结果表明, 生物稳定塘系统对TN、TP、NH4+-N、BOD5和COD的去除率分别达29.29%、48.68%、33.68%、68.14%和71.25%。
生物膜处理技术是近几十年来得到迅速发展的污水处理方法。生物膜法就是利用微生物分解功能, 采取人工措施来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境, 使微生物大量繁殖, 以提高对污水中有机物的氧化降解效率。吴迪等[13]对改进后的“一体化生物膜技术”处理农村生活污水进行了实际应用, 监测结果表明, 其对COD、BOD、NH4+-N、TN、TP和SS平均去除率分别为75.6%、85.9%、86.7%、63.9%、69.3%和85.5%。吴永红等[14]系统研究了自然生物膜对于N、P等营养元素的去除效果和机理。其N、P去除机理首先是生物膜利用沉积于膜上的有机物为营养物质, 将一部分物质转化为细胞物质, 进行生长繁殖, 成为生物膜中新的活性物质; 其次由于生物膜的蓬松的絮状结构, 微孔多, 表面积大, 具有很强的吸附能力。
2.2 生活垃圾和农业废弃物处理技术
生活垃圾、农作物秸秆、畜禽养殖废弃物等是我国农村主要的固体废弃物, 实现农村固体废弃物的资源化是当前农村生态环境建设的重要内容。由于生活垃圾来源和成分复杂, 目前的主要处理方式以“村收集−镇转运−县(市)集中处理”为主, 大部分被集中填埋或焚烧, 少部分与农作物秸秆、畜禽养殖废弃物等进行堆肥化处理。高温堆肥过程中如何减少N的损失是高温堆肥要解决的关键技术。
农作物秸秆是农村主要的固体废弃物, 目前其资源化率还比较低, 部分地区农作物秸秆的焚烧已导致严重的生态环境问题, 尤其在我国的东部地区。目前, 农作物秸秆的处理以还田为主, 包括部分还田或全量还田。随着作物收获机械的改进, 秸秆全量还田已成为主要还田方式。此外, 秸秆打捆收获后用作能源、建筑材料、花卉盆钵等新型资源化方式也已形成一定的规模。
畜禽粪便是农业面源污染的主要来源, 已经成为经济发达地区或水环境敏感地区优先控制的污染源。在中国的传统农业中, 畜禽粪便是优质的农家肥, 不仅能提供农作物生长所需的养分, 也能改善土壤物理化性质, 是中国农业数千年持续发展的重要物质基础。畜禽粪便资源化的主要途径是农肥化, 固体部分经发酵后生产优质有机肥, 再进行还田以实现循环利用。液体部分目前主要处理方式包括厌氧发酵生产沼气, 或直接进入污水处理工程进行净化, 或与农村的固体废弃物如秸秆、生活垃圾等进行联合发酵。其中沼液的安全处置是当前急需要解决的关键问题。
2.3 农业化学品减量化技术 2.3.1 化肥减量化技术
我国是世界上化肥施用量最多的国家, 肥料的平均利用率只有30%左右, 大多数养分随径流、渗漏和挥发等途径损失掉了, 不仅浪费了资源, 而且
加剧了水体富营养化。因此, 根据不同地区的实际情况研究减量施肥技术具有重大的意义。目前主要的化肥减量技术有以下几种:
氮肥运筹优化技术: 在施氮量相等的情况下, 合理调整基追肥的分配比例, 如太湖流域的稻田土壤, 基于目前常规施肥量, 将基肥施用量削减20%, 可有效地协调当地的经济效益和环境效益[15]。Qiao等[16]的研究证实, 在太湖地区水稻产区通过两年连续试验, 消减50%的施氮量(相对于常规施氮量)并未显著影响水稻产量。何传龙等[17]在巢湖地区根据蔬菜地养分供应能力和甘蓝的营养特性, 运用减量平衡施肥技术, 使肥料施用量减少30%, N、P、K肥利用率分别提高27.3%、23.4%和23.5%, N、P淋失量分别减少90.0%、78.4%。但是此类研究一般局限于较短时间, 对于长期减量施肥对作物产量有何影响, 尚需进一步探明。
种植制度优化技术: 比如稻麦轮作制中引入豆科绿肥, 既可降低旱季的施氮量, 又可补充稻季的氮素。在太湖地区进行的水稻−紫云英轮作试验结果表明, 冬季将小麦改为紫云英, 稻季不施用化学氮肥, 水稻产量可达到农户常规产量的95%左右, 如果补充农户施氮量的30%, 则可获得与农户正常产量相当的产量, 或略有增产[16]。王静等[18]在滇池流域蔬菜产地的调查表明, 合理的轮作模式可减少蔬菜地N、P的盈余量。
缓控释等新型肥料技术: 缓控释肥料中养分的释放与作物养分需求比较吻合, 养分的释放供应量前期不过多, 后期不缺乏, 具有“削峰填谷”的效果, 可以大大降低向环境排放的风险。田琳琳等[19]在太湖流域大田蔬菜地的试验结果表明, 在蔬菜生产中, “低量控释肥+低量化肥”是兼具经济效益和环境效益的施肥模式。但是目前缓控释肥费用相对普通化肥较高, 限制了其广泛使用。
施加土壤改良剂控制N、P流失: 生物质炭(biochar)由于其良好的吸附性能、低廉的成本以及良好的生物亲和性, 将其运用于农田营养盐释放控制, 受到研究人员的关注[20]。Ding等[21]在农田表层20 cm的土壤施加0.5%的生物质炭, 可以减少15.2%的NH4+-N损失量。姬红利等[22]以滇池设施农业土壤和坡耕地土壤为研究对象, 采用外源施用土壤改良剂(硫酸亚铁、硫酸铝和聚丙烯酰胺)和土壤消毒剂(五氯硝基苯)的办法, 研究了土壤改良剂对土壤解吸过滤液中TP和TDP浓度变化的影响。野外田间试验表明: 施加改良剂后, 径流雨水中TP和TDP值明显降低, 上述土壤改良剂的施用对降低P流失具有明显效果。但是其经济性与环境风险如何尚待进一步研究。 2.3.2 农药减量化与残留控制技术
在化学农药减量施用方面, 当前主要发展趋势是由化学农药防治逐渐转向非化学防治技术或低污染的化学防治技术。近年来, 江苏省多家单位联合开展水稻化学农药污染控制技术研究, 针对水稻螟虫、灰飞虱、条纹叶枯病与纹枯病等重大病虫害, 研究开发了多项无公害关键技术, 在水稻核心示范区减少了30%农药用量。卢仲良等[23]选用高效低毒的三唑磷、丙溴磷、井冈霉素、噻嗪酮、毒死蜱等药剂进行施药, 增产6.97%。在农药残留生物降解方面, 国内外做了很多研究工作, 包括细菌、真菌、放线菌等各种降解农药的微生物菌株相继被分离和鉴定, 用以降解有机磷、有机氯和三嗪类除草剂、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类等多种农药。近年来伴随着基因工程和分子生物学的发展, 构建高效工程菌是当前研究的热点, 将高效降解农药酶的基因构建到载体上, 经转化获得工程菌, 以期提高具降解作用的特定蛋白或酶的表达水平, 从而提高降解活性。但是目前的研究仍然存在不足, 大多数研究以实验室研究为主, 降解机理研究不够深入, 中间产物难以检测, 技术零散、集成度低、配套性差和展示度低等仍然是目前我国集约化农田农药减量化与残留控制需求中的突出问题。
2.4 污染物质的生态拦截技术
农业面源污染物质大部分随降雨径流进入水体, 在其进入水体前, 通过建立生物(生态)拦截系统, 有效阻断径流水中的N、P等污染物进入水环境, 是控制农业面源污染物的重要技术手段。国外主要是设置宽广的生物隔离带来控制N、P的径流迁移, 如加拿大一种“草地−树木过滤带系统”, 可以显著降低径流的污染物含量[25]。杨林章等[26]结合太湖地区实际情况提出了生态拦截型沟渠系统, 它主要由工程部分和植物部分组成, 能减缓流速, 促进流水携带颗粒物质的沉淀, 有利于构建植物对沟壁、水体和沟底中逸出养分的立体式吸收和拦截, 从而实现对农田排出养分的控制。沟渠系统对农田径流中TN、TP的去除效果分别达到48.1%和40.2%。但是, 在生态沟渠的农田规划和设计标准、两侧及岸边植物品种筛选及空间配置技术、水生经济植物的品种筛选及空间配置技术、浮床植物的肥药管理技术、浮床植物残体的再利用技术以及植物的高效N、P利用机制等的研究还需要进一步拓展和深化。
农村面源污染是指农村地区在农业生产和居民生活过程中产生的、未经合理处置的污染物对水体、土壤和空气及农产品造成的污染，具有位置、途径、数量不确定，随机性大，发布范围广，防治难度大等特点。主要来源有两个方面：一是农村居民生活废物，包括农业生产过程中不合理使用而流失的农药、化肥、残留在农田中的农用薄膜和处置不当的农业畜禽粪便、恶臭气体以及不科学的水产养殖等产生的水体污染物。
农业面源污染是指由沉积物、农药、废料、致病菌等分散污染源引起的对水层、湖泊、河岸、滨岸、大气等生态系统的污染。与点源污染相比，面源污染范围更广，不确定性更大，成分、过程更复杂，更难以控制。
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农田生态系统是指不同作物的种植制度、耕作方式、农药化肥施用方法、灌溉制度等土地利用管理措施相互组合共同形成的生态系统。控制农业非点源污染最有效和最经济的方法是采取适当的农田管理方式，如农作物间作套种、少耕、免耕、喷滴灌、控制农药化肥的用量用法及施用时间等。
1.1 种植措施
采取合理密植、间作、套作和轮作等作物种植体系的科学布局，提高复种指数，减少土地全年和单位面积裸露率，能有效控制土壤侵蚀的强度。农作物种植密度和种植体系视作物品种、播种时间、生育期长短、土壤肥力状况等而异。平原农区一般种植水稻、麦类、玉米、棉花等，以前两者密度最高，地面裸露面积小。玉米植株高，株行距大，地面裸露面积大，同时要考虑根系固结土壤的能力。总之要根据当地的实际情况，在保证作物稳产高产的基础上千方百计提高作物复种指数，以减轻土壤侵蚀。
1.2 耕作措施
不同的农田耕作方式对土壤养分和农药流失产生重要影响。在传统耕作农田中泥沙和养分流失明显高于免耕农田，由于翻耕，农田土壤中矿化作用强烈，硝酸盐的淋失明显大于免耕农田。保护性耕作（如少、免耕）可以改善土壤的入渗性能、土壤物理结构和土壤生产潜力，减少农田土壤及养分流失。特别是在平原高沙土区，频繁耕翻会加速有机质的消耗，极易造成水土流失和养分耗竭。因此在高沙土地区宜采取以少免耕为主体与传统耕作相配套的轮耕制。
1.3 土壤培肥措施
为了提高生产力，现今的农户已基本弃用天然肥料而改用化肥，大量施用化肥加上耕作频繁，土壤的结构狠容易被破坏，加剧水土流失和淋溶的发生，肥料和养分随水土流入河道和地下水中，形成非点源污染[4]。因此农田土壤有效的培肥措施可增加农田有机肥源,，不仅可培肥地力,提高化肥利用率和作物产量，而且可以改善土壤结构和理化性状，增加土壤保肥保水性能，增强土壤的抗冲抗蚀能力，进而减弱地表径流的流量和流速，提高水体环境质量。其主要技术途径有：采用沤、堆、牲畜过腹等多种形式的秸杆还田技术；畜禽废弃物集中处理还田技术；吸喷河泥还田技术，结合疏浚河道，开发利用丰富的河泥资源，弥补农田土肥流失所造成的损失。平原高沙土区从实践中总结出一套利用河道疏浚弃土填塞低塘坑洼，改造中低产田的技术措施，推广应用获得较大的社会经济效益。
1.4 灌溉措施
平原农区农业用水利用率约为10%，而发达国家如日本为30%。由于地表径流中养分和农药流失很大程度上取决于径流强度和径流量，农田使用合理的灌溉措施，可以减少流入水体的养分和农药。稻田实行浅湿干灌溉，稻田施肥耕翻后，放水泡田，要避免大水猛灌，控制水量，耕耙后待土壤沉实再栽插秧苗，水稻生长期间根据不同生育期需要，保持田间干干湿湿，生长期间，除暴雨漫溢外，农田不排水。这些田间灌溉措施可以减少农田中氮磷的外排污染量。
1.5 化肥控制技术
1.5.1 控制化肥的用量和用法
化肥施用形成的非点源污染的原因之一在于化肥的利用率不高，设法控制化肥使用量和提高其利用率是减少养分流失，降低非点源污染负荷最有效的途经。当化肥使用量达到最佳使用量时，农作物对化肥的吸收达到最高，其产量也最高；当使用超过作物吸收能力时，将导致过量养分在土壤中富集、流失，形成非点源污染。按照限氮公式和试验结果，平原高沙土地区氮肥的平均适宜用量（纯氮计）早稻为105kg/hm2，单季稻为120kg/hm2，与当前施肥水平相比较，每季水稻可以节约氮肥75-90kg/hm2。同时也相应减少氮素的流失，降低了农业非点源氮素污染负荷量。研究发现土壤中氮素的利用率与使用的深度和方式具有密切关系[5]。液态施肥迅速为植物生长提供有效养分，但容易淋失，且持续时间短，在作物生长后期会导致养分匮乏，严格禁止在暴雨前施肥。
1.5.2 调整肥料施用结构,解决好三个适宜比例
通过合理的N：P：K比例、有机肥与无机肥配合施用比例、挥发性氮肥与非挥发性氮肥的比例。为使这三个比例趋于合理化可采取的技术措施有：因此因土因作物施肥，特别是氮肥的适宜用量，应适当减少氮肥用量，以提高肥料利用率；优化氮磷钾肥和有机肥之间的比例，适当增加钾肥和有机肥的比重；实行氮肥深施特别是氨水和碳酸氢铵，防止其挥发损失；选用化肥新品种，如合适的复合肥和长效肥。根据平原农区的经验，在有机肥保证的情况下，每公顷耕地减少75-150kg氮肥是可行的，其减少量占总使用量的17.22%-34.33%。
1.5.3 使用抑制剂抑制硝化作用
我国水稻对氮肥的利用率平均只有33-38%，主要是施入稻田的氮肥大量损失的结果。目前使用较多的硝化抑制剂是氮肥增效剂，如在德国施用尿素和铵态氮时要加入一定量的石灰氮（CaCN2）以控制硝化作用的进行。因为石灰氮转化为碳酸铵需要一定时间，在此过程中产生的双氰胺对硝化细菌有特殊的抑制作用。
1.5.4 合理施用磷肥
磷肥很容易被土壤所固定，淋溶损失很少。但当土壤受到侵蚀时，表土中相当数量的磷将被带进水体。因此，能防治土壤侵蚀的所有技术和管理措施都将减少磷素的损失。在水旱轮作中磷肥在旱作上流失量小，旱作因施磷肥增加的磷排出量只占当年施磷的0.03-0.17%。若磷肥施在稻田，则流失量增至1.31-1.91%。旱作施用磷肥后被土壤固定的磷和形成磷酸铁盐的磷素，在稻田淹水后土壤处于还原条件下，磷的溶解度有所增加，有效磷可比旱田提高2-3倍。而田面水中含量不增加，可减少磷的损失。
1.6 病虫害综合防治措施
通过农业防治、生物防治、合理用药、保护天敌等综合性防治措施减轻病虫害的危害，减少农药使用量，从而减轻农药对水环境的污染负荷。综合防治以农业防治为基础、生物防治为重点、使用农药为辅助。生物防治包含诱导与性外激素、生物农药、绝育等方法，其与生态环境相协调，符合生态系统相互依存、相互制约的规律。根据病虫害情况、作物种类和生长状况选用农药，严格控制农药的使用范围、施用量和次数，改进施药方法。开发高效、低毒、低残留农药，发展微生物农药，取代原有剧毒、高残留农药，争取提高生物农药比例，如用新的昆虫生长调节剂取代氨基甲酸酯类农药，每亩仅需用5-6g，效益可观。
2 建立植被缓冲带
利用不同植被对土壤养分吸收能力的互补性和对农业非点源污染的截留、过滤能力，在农田与水体之间建立合理的林带或草地过滤带将农田与水体隔开，可以有效地减少农田地表和地下径流带来的非点源污染物。在平原地区建立植被缓冲带最常见的模式是农田防护林带，合理的林带不仅可以固岸护坡滞缓地表径流，固持土壤颗粒，同时可大量吸收地表和地下径流中氮、磷等营养元素，减少农田生态系统养分流失及由此而产生的水质污染。国外研究发现，氮在岸边植被带的截留率为89%，而农田作物的截留率仅为8%，磷的截留率分别为80%和41%，可见乔木植被带截留和调节控制氮、磷的能力比农作物强得多。因此，在农田防护林带规划和设计中，在考虑其防风固沙、改善气候、防御自然灾害等宏观生态功能的同时，还要结合当地农业非点源污染的特点和规律，在树种选择、林带宽度、范围以及林带模式设计中，应尽量选择多吸收、过滤、截留农业非点源污染的树种和模式，达到生态调节功能、污染防治功能、景观功能与经济效益的和谐统一。
3 湿地生态工程
在农田生态系统增加一些湿地面积，可以有效地消减农业非点源的污染负荷。广大农村地区存在的多水塘景观（在农村和农田中人工修建许多面积不大的水塘）在截留农田中氮、磷及农药方面具有重要作用。有150个人工水塘的巢湖水流域，水塘面积不到5%，但可以截留该区域径流中90%的养分。自然湿地系统还能丰富生境与景观的多样性，在维持农田系统的生物多样性和稳定性具有重要作用。也可利用废洼地、坑塘建立人工湿地系统，特别适用于村镇生活污水、畜禽废弃物以及农田非点源污染物的净化，既节约土地，又节约成本。
人工湿地是一种由人工建造和监督控制的类似沼泽的系统，在一定长宽比、一定坡度的地块中，由土壤和填料组成填料床，使污水在床体的填料缝中或在床体表面流动，床体表面可种植芦苇或凤眼莲等植物，形成一个独特的动植物生态系统，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物作用来实现污水的净化，如在表面种植芦苇则称芦苇人工湿地处理系统。
根据河海大学研究提出的湿地生态工程产业化开发模式，芦苇人工湿地生态工程：日处理废污水量1万吨，污水停留时间7天，占地面积25.7hm2，基建投资1690万元（其中征地费用1540万元），年产芦苇816.7吨（干重），芦苇收购价300元/吨（干重），COD、总氮、总磷去除率分别为80%、60%、和50%，管理费用0.02元/m3。
总的来说，湿地作为陆地释放某些物质的过滤器的功能已备受关注，利用湿地处理污水和污泥已取得一定成果[6]。湿地生态工程投资少，运行费用低，易于维护管理，运行比较稳定，处理效果好，不仅能吸纳大量有机物，还能除去农业非点源污染带来的氮、磷等植物营养类污染物质。
[参考文献]
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[2]. 贺缠生等，非点源污染的管理及控制，环境科学，1998，19（5）87-91
[3]. 鲍全盛等，我国水环境非点源污染研究进展，环境科学进展，1995，3（3）31-36
[4]. 伍世良，香港水土流失及其防治研究，水土保持研究，2001，8（4）86-90
[5]. 艾应伟等,N肥深施深度对小麦吸收利用N的影响，土壤学报，1997，34（2）146-151
[6]. 李贵宝等，湿地植物及其根孔在非点源污染治理中的展望，中国水利，2003，4A 51-52
你问的太专业了，是课本上的东西吧！
唉，小心老师把你揪出来，算你作弊啊
