太湖流域农业面源污染治理的对策研究(4)

2020-04-14 01:04

4.1.2.2经济措施

欧盟在治理农业面源污染的相关投资每年已达1700亿欧元,为欧盟财政预算总支出的80%以上,各欧盟国家联邦政府、地方政府还有各自的相应投入。政府每年对每公顷农田实施的环境政策补贴可达50至1000欧元[12]。

通过政府奖惩措施,欧盟大力研究和发展环境友好的农业生产新技术,推动农民采用新的替代技术,如农田最佳养分管理,有机农业或综合农业管理模式,农业水土保持技术措施等。

4.1.2.3技术措施

在重要的水源保护区和流域,制定和执行限定性农业生产技术标准,减少农田、畜禽养殖业和农村地区的氮、磷含量,从源头加以控制。即使在对农民有巨额补贴的欧盟,能够采用污水处理设备的畜禽养殖场也很少。畜禽场主要通过制定畜禽场农田最低配置(指畜禽场饲养量必须与周边可蓄纳畜禽粪便的农田面积相匹配)、畜禽场化粪池容量及密封性等方面的规定进行污染控制。管理部门在进行监控时,主要不是检查农村畜禽场排放污水是否达标,而重点检查农田最低配置、畜禽场化粪池容量等。

4.2国内治理措施

国内对面源污染认识与研究治理起步比较晚,现阶段主要有政府的工程投入为主,由政府为主加大面源污染治理的宣传力度,以生态建设为取向,积极应用新技术,以治理畜禽污染为重点,推广生态养殖模式等措施。

4.2.1宣传措施

以各镇农办主任、街道农业科科长为工作联系人。宣传农业面源污染治理的资料,送发到镇(街)、村(社区),宣传加强农业面源污染治理工作的重要意义,结合种养户座谈会、镇(街)和规模猪场负责人会议,针对畜禽养殖业和化肥、农药对环境污染的严重性和综合治理的紧迫性,提出治理具体要求,做到工作上有部署,资金上有投入,行动上有落实[13]。

4.2.2工程项目措施

(1)生态坑塘沟渠:在农田中建设生态坑塘和沟渠,汇集下雨时富含氮磷元素的农田径流,通过生态植物吸收沉淀净化水体,去除氮磷等有机污染物。(2)规模畜禽场治理:实行猪(牛)粪资源化利用。猪(牛)粪通过直接供给无公害蔬菜、瓜果和花卉苗木基地或加工制成有机复合肥料等措施,科学消纳努力完成省畜禽养殖场污染治理任务。设置病死畜禽安全填埋、处理井,减少二次污染。治理养殖场的任务,做到达标排放,建造厌氧、好氧池(各类沉淀处理池)和干粪收集房,实行雨污分流、干湿分离。

4.2.3技术措施

(1)测土施肥:推广以“控氮、稳磷、增钾、补微”为主的测土配方施肥,推广秸秆还田[14],开展微量元素肥料的推广应用。(2)肥药双控示范。推广应用性诱剂、杀虫灯、防虫网、生物农药等,减少肥药用量,从源头上减少污染。(3)实施农作物重大病虫无

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害化治理。(4)地膜回收。(5)开展病虫及生态环境预测预报:建立基层病虫测报点,建立长期定位的土壤肥力监测点,蔬菜地环境监测点,生态农业监测点,建立农户肥料农药施用情况调查,开展肥料、农药施用和土壤环境状况调查监测,及时了解土壤肥力与环境的变化情况。(6)推广标准化生产技术。

5.治理措施

根据太湖地区面源污染的途径及国内外对面源污染研究的情况,本文主要从工程、农业、经济三个方面构建太湖面源污染的治理方式。

生态工程措施 经济税费措施 农业优化措施 生态坑塘 生态沟渠 滨岸缓冲带 农业税费 农户补贴 种植业 畜禽养殖业 淡水养殖 污染治理 “源”控制

图5-1 治理模式图

5.1生态工程措施

太湖地区水体生态环境越发恶劣,农田中及周边的坑塘、沟渠等水体几乎没有自我净化能力,为防止水体中过量的氮磷元素进入太湖水中,需要通过各种工程手段对流域中的坑塘、沟渠进行生态修复。

5.1.1生态坑塘

5.1.1.1生态坑塘功能

通过营造生态坑塘,能够大面积的截留农田中流失的氮磷元素,对TN净化率能达到51.4%[15]。生态坑塘中水生植物群落为野生动物、水鸟和昆虫提供栖居地,使水体成为具有生命活力的水生生态环境。不仅如此,水生植物还具有美化环境和造景功能,使水面和水体变得生动活泼,给人以强烈的视觉冲击和景观效果,植物生长茂盛后还能起到减少水土流失,固土护坡的作用。由于水生植物又是良好的绿肥,施用后能提高土壤肥力,改善改善土壤结构与性能,从而获得环境效益和经济效益双丰收。同时, 由于生态坑塘系统还具有一定的调蓄容量, 对降雨径流产生的非点源氮还具有显著的截留效应。

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5.1.1.2设计模式 工程设计

在西部沿岸区的山区地区可以依地势选择坑塘,在北部沿岸区和东部沿岸区,选择农田地势低洼处,用废弃鱼塘或坑塘改造成为生态坑塘。

坑塘深度的选取以暴雨时坑塘水面不向外溢出为佳,同时冬季水生植物停止生长或腐败时坑塘水位能降低,保持良好的复氧量。

塘壁人工种植多年生狗牙草、红花三叶草、黑麦草等,生长旺盛,可防止水土流失,同时作为生态土壤吸收水体中氮磷元素。

植物选配

根据农业面源污染排放系数,水田中生态坑塘选取氮吸收为优势种植物、露地菜地选取以氮磷吸收为优势种的植物、旱地主要选取磷吸收为优势种的植物。

根据农作物生长各阶段对肥料的吸收程度,选取肥料损耗最大阶段为生长优势种的植物。

氮吸收优势植物

主要有大漂、浮萍、萍蓬草、凤眼莲等漂浮植物。这类植物生命力强,对环境适应性好,根系发达,生物量大,生长迅速。以营养生长为主,对氮的需求量高。因此,在进行植物配置时应重视其对氮的吸收利用效果,在污染物氮含量比重较大时可作为优势植物加以利用,提高沟渠塘对氮的吸收效果。

磷吸收优势植物

主要有睡莲、荷花、慈姑、菱角、芡实、水芹菜、水蕹菜、马蹄莲等根茎球茎植物,它们或具有发达的地下根茎或块根,或能产生大量的种子果实,耐淤能力较好,适宜生长在淤土层深厚肥沃的地方,对于磷的需求较多,可作为沟渠塘系统磷去除的优势植物应用。

5.1.1.3设计实例

工程地点:锡山区东港镇东南村太湖水稻示范园

工程规模:生态净化池塘8个、面积77亩,生态沟渠5000米,涉及水稻面积1800亩。 工艺流程

稻田循环水灌溉:灌溉站(灌溉)水稻田(排、漏)生态沟(初次净化)生态塘(再次净化)灌溉站

氮磷生态拦截:水稻田(排、漏)生态沟(初次净化)生态塘(再次净化)河道 工程概况

一期工程:智能化灌溉站1座及500亩稻田循环水利用配套系统,生态河塘2个25.55亩、生态沟1600米,清淤8836立方米,绿化3000余株,种植三叶草等2200平方米,茭白、艾草等2000穴,放养浮萍、睡莲800平方米、水葫芦5000平方米。

二期工程:生态河塘6个,面积51.42亩,生态氮磷拦截排沟3400米,生态河塘清淤,河岸清障绿化、沟塘坡地及河边种植生菜、水芹、茭白等水生、半水生植物,沟塘放养茭白、莲藕、水葫芦等。

5.1.2生态沟渠

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5.1.2.1生态沟渠功能

建设生态拦截沟渠是太湖水污染治理的重要内容,通常可削减氮50%、磷40%[16]以上。氮在生态沟渠系统中的转化主要通过沉积吸附作用、脱氮作用、植物吸收和渗滤作用。磷在生态沟渠中迁移转化主要是吸附沉积和水生植物吸收等作用。生态沟渠中的植物在截留和净化过程中起到重要作用的原因:一方面,植物根系巨大表面会附着大量微生物,根际会创造有利于各种微生物生长的微环境;另一方面,植物可通过茎叶向下输送氧气,在根系附近形成好氧微区,促进有机质、氮、磷等的转化;此外,植物对营养物质的吸收也是净化的主要途径。

5.1.2.2设计模式 工程设计

包括沟渠渠体、生态拦截坝、拦水节制闸坝及透水坝设计[17];因地制宜,等高开沟,保证水流平缓,延长滞留时间,提高拦截效果。

生态沟渠通常采用梯形断面、复式断面和植生型防渗砌块技术,系统主要由工程部分和植物部分组成,其两侧沟壁采用泥土沟壁,两侧沟壁具有一定坡度,沟体较深,沟体内相隔一定距离构建小坝,减缓水流。

植物选取

生态拦截沟渠植物的选配应注意以下要点:适应当地气候条件;根系发达;具有一定经济价值和观赏价值;生长周期长;植物配置要合理。

同时植物的选取遵循生态坑塘,根据农业面源污染排放系数,选择对应的氮磷吸收的优势种。 护坡植物

陆地护坡植物包括千屈菜、欧洲大慈姑、花叶芦竹、美人蕉、金叶石菖蒲、花菖蒲等。种子护坡植物包括狗芽根、黑麦草、天堂草、香根草等。 水生植物

由于沟渠深度小,有水流,所以不适合选取漂浮植物和挺水植物。选取适当的沉水植物包括苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等,浮水植物如睡莲、红菱、芡实、水罂粟、荇菜等。

5.1.3滨岸缓冲带

5.1.3.1滨岸缓冲带功能

缓冲带通过降低径流流速、沉降泥沙、过滤和吸附等功能来防治农业面源污染,污染物的减少主要是通过沉积作用、过滤作用、化学作用、吸附作用、微生物作用等过程来完成的,这样能削减进入河流、湖泊、水库的氨氮、TN、TP、农药化肥、除草剂等化学物质。研究发现:10m宽的缓冲带可以去除75%的氮,但缓冲带对磷的去除效率更高些,一般情况下,缓冲带可以截留30%~50%的氮,可截留65%~95%的磷[18]。也有研究证明,根据缓冲带的宽度和复杂性,附着在缓冲带上面50%~100%的沉积物和有机残骸能够被吸收分解,宽阔的草木混生的缓冲带要比狭窄的单一草本构建的缓冲带。具有更强的截污分解效率。

5.1.3.2设计要求 缓冲带位置和坡度

根据太湖地区的地理特征,滨岸缓冲带适宜建立在西北部太湖湖区周边区域,可以

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选择废弃的农田坑塘等通过工程措施变成湿地缓冲带。

缓冲带必须处在径流流经方向,这样可以滞留农药、营养物质等。 缓冲带的宽度和物种组成

缓冲带宽度主要考虑可以改造成缓冲带的耕地废弃地的面积的大小。在缓冲带植物的选取上,一般主要选择木本物种和多年生草本物种。可以采用本地种,这样可以有利于整个生态系统的抗逆性、有利于当地物种的良好生长。 缓冲带的基质组成和水文因素

缓冲带的功能与其基质组成、水文、气候等也有密切的关系。如氮的反硝化作用除了需要在缺氧条件下,还需要充足的有机碳,这些都是与土壤条件、水文、气候密切相关。因此,在进行缓冲带设计前必须对当地的这些条件进行全面的了解,从而最大发挥缓冲带的作用[19]。

5.1.3.3设计模式 工程设计

缓冲带坡度根据地理位置,控制在适当的坡度。过大或者过小都不利于缓冲带的作用的发挥。

缓冲带宽度可控制在10m[20]以上。结合最佳效果和土地资源进行适当调整。

缓冲带位置处于农田与水体之间,需要简易的工程施工,使污染的径流形成片流和地下潜流,减少对植被和表土的冲刷。 植物选配

缓冲带植被,建议选用当地本土植物,成本低,并具有更好的适应性,同时减少生物入侵。

5.2农业优化措施

太湖流域农业发达,在保障地区食品供应充足的条件下,实施农业结构的优化合理配置,有利于减少农业污染的。优化下的减排仍与改善太湖水质有一定的距离,所以要推行农业清洁有机生产,提高秸秆等农业废弃物的环保处理。通过农业结构优化和清洁生产的结合,实施太湖地区农业的发展与环境保护的协调发展。

[21]

表5-1 太湖地区各市农业优化方案

农用地(khm2)

水田 露地菜地 设施菜地 旱地 桑茶果

3.34 2.18 0.5

30 19.6 19.6

45.5 7.1 7.1

13 18 18

猪 172

牲畜(万头)

蛋禽

肉禽

淡水

(万个) 养殖 奶牛 肉牛 羊 (万个) 1.67 3.95 100.7

944 681 497

1649.4 68.1 1229.2 14.2 900.6

10.3

苏州市 161.1 无锡市 116.2 常州市 169.4

123.9 1.2 2.85 72.6 90.2 0.88 2.08 52.9

5.2.1种植业

5.2.1.1保持水田面积

稻田是世界上最大的人工湿地系统,对减少水土流失、移除营养物具有极大贡献,其面源污染物的单位面积等标排放量亦小于露地菜地、旱地和园地等土地利用方式。因此,太湖流域稻田面积应保持一定的规模,甚至适当增加5%左右。粮食自给率最低的阳澄淀泖区,稻田面积应增加16%,所增加稻田面积主要来自于对旱地的改造。

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