农田生产中常用的化肥和农药,雨水冲刷及渗透造成环境中污染物的不断增加,不仅极易造成水体和土壤污染,而且地下水中相关组分也大量检出。一般地情况下,农田径流携带进入地表水体的氮占人类活动排入水体氮的51%,施氮肥地区这种氮流失比不施地区高3~10倍[5,10,15,21]。据环境监测资料,水中氨氮已增加211倍,亚硝酸盐增加114倍。由此,地下水中氮含量也在迅速增加,近20年来硝酸盐浓度平均以1~3mgL速率递增[7,20-21]。由于亚硝酸盐及其前身物质具有强烈的致癌、致畸、致突变作用,对人类危害极大,以至世界卫生组织(1971)规定饮用水中硝酸盐控制标准小于45mgL(以NO3计)、欧共体(1975)规定标准为50mgL。
在我国北方地区,地下水中硝酸盐污染问题十分突出,部分地区硝酸盐含量超过饮用水标准的5~10倍,严重影响饮用水安全。氮肥中的铵离子进入土壤后,有一部分会在硝化细菌的作用下释放出氢离子,使土壤逐渐酸化。铵离子还可置换土壤胶体微粒上的钙离子,导致土壤颗粒分散,破坏土壤团粒结构。施肥时,有些非营养成分或有毒物质,例如SO2-4、Cl-、缩二脲等也会随之进入土壤,从而影响土壤微生物的正常活动。土壤酸化一方面会促进一些有毒有害污染物的释放迁移或使其毒性增强,使微生物和蚯蚓等土壤生物减少;另一方面,会造成某些营养元素的流失。此外,还使得一些重金属元素含量增加。大量施用农药,会导致土壤中农药残留量及衍生物的增加。
目前农田施用化肥以氮肥、磷肥、钾肥和复合肥为主,其中氮肥使用量最大。化肥的大量使用,虽然提高了农作物产量,但有相当一部分化肥不能被农作物吸收,随水流进入水体,造成地表水和地下水污染。在平原区,地下水主要由降雨入渗、山前侧向流入、地表水渗入补给,包括农田灌溉渗漏补给。自地表入渗补给地下水过程中,首先溶汇地表和土壤中易溶组分,然后才进入地下含水层内。在这个过程中,残留于农田表面和土壤中的农药和化肥等污染物经雨水或灌溉水淋溶,连同土壤中易溶物一起随雨水补给了地下水,使地下水水质发生变化。尤其在汛期发生大范围、高强度的暴雨之后,这种情况会更加明显。土壤中氮及施入土壤的肥料氮,在降雨和灌溉水的作用下部分直接以化合物形式淋洗到土壤下层,大部分以可溶解的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮形式向下运移,随水流渗入地下水中,导致地下水中氮组分增加(图4)。
4.综合防治对策
针对河北平原农田大量施用化肥和农药对地下水水质影响问题,应采取如下对策,否则将加剧地下水利用安全的严峻态势。
(1)实施农业与环境一体化发展战略,重视农业活动对环境影响研究和防治。在产业政策和规划等方面,应导入环境评估的内容,把产业发展的目标确定在环境污染成本最小化的水平上,同时加强经济效益和社会效益的评估,使环境保护政策建立在切实可行、经济可持续的基础之上。
(2)加强非点源污染机理基础研究和经济激励政策控制污染关键技术研究,并举对农户实施必要的科普知识和法律法规普及教育,从根本上转变观念和增强对社会负责强烈责任感。
(3)重视化肥、农药最佳施肥量与粮食安全、地下水安全和环境安全之间关系应用基础研究,为施肥用药增产与减少化肥农药投入来控制农田面源污染的最佳平衡点提供科学依据。应积极引进和借鉴发达国家解决农业污染的经验和技术,构建适合河北平原特点的农田污染防治体系。
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