东北地区冻融型土壤面源污染的研究
东北地区冻融型土壤面源污染的研究
张磊、v1V，张庆柱2，王玉峰1o1V，古学佳1o1V，陈雪丽、o1V，王晓军1o1V
(-黑龙江省农业科学院a.土壤肥料与环境资源研究所；1黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室，哈尔滨150086；2.黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨150081)
摘要：随着我国农业的不断发展，粮食安全战略显得越来越重要，但在农业的发展过程中产生了各种形式的面源污染，给农业生产带来了各种危害，面源污染的面积越来越大。目前，我国对面源污染的治理能力还比较弱，国家对这方面的投入不足，但国家已意识到防治面源污染的重要性。为此，介绍了东北三省的面源污染情况，并分析了面源污染产生的原因并介绍了国内外应对方法，以减少面源污染，为研究东北地区冻融型土壤面源污染控制方法的研究提供参考依据。
关键词：面源污染；东北地区；冻融型；粮食安全
中图分类号：文献标识码：A文章编号：1003-188X(2021)09-0265-04
0引言
面源污染在狭义上定义为在农业生产活动中，氮素和磷素等营养物、农药及其他有机物和污染物通过地
表径流、地下水灌溉和农业排水等方式形成的水环境污染。东北地区是我国粮食重要产地，据2218统计，东北三省年粮食产量已经达到I-23S.99万p占全国粮食总产量的-7.38%，是我国重要的商品粮基地。习近平总书记在东北三省考察时对东北振兴提出明确了要求，并认为粮食生产在国家粮食安全战略中地位突出，无论在理论还是时间上都应强化东北地区粮食生产地位与作用。为了保证国家粮食安全战略，东北地区一定要做好粮食生产工作。要做好粮食生产工作就要控制好东北地区面源污染问题，在面源污染问题上绝不放松。所以，如何做好面源污染的防治工作，控制方法的提出显得尤为重要。为此，从我国东北地区农业面源污染问题产生及控制方法出发，并对比国外处理面源污染的技术，为东北地区冻融型土壤面源污染控制方法的研究提供参考依据。
1东北三省面源污染基本情况
截至2015年年底，东北三省生产总值为5277(.52亿元，其中，第一产业生产总值为8520.7(
收稿日期：2020-02-20
基金项目：国家重点研发计划项目(204YFD0800967-0S)
作者简介：张磊(1084-)，男，黑龙江海林人，副研究员，(E-mail)乙1181一003@165.—m。
通讯作者：张庆柱(1084-)，男，山东东阿人，高级工程师，(E-mail) 54S7986@qq.—m。亿元，乡村
人数预估为5275万人，占总人口的52%，农业面源污染造成了肥力减弱、土壤板结、河流及湖泊水质的不断恶化，严重地影响了东北地区农业的可持续发展。东北三省面源污染产生的主要原因是化肥、农药单位面积使用量过高，养分不平衡，忽视钾肥和微量肥料的使用，畜牧业发展速度较快，但畜禽粪便的排放处理和污染问题特严重，相应的处理设施相对紧缺。近年来，我国粮食产量逐年增加，秸秆数量压增加，如何处理成为目前一大难题。黑龙江地区化肥农药施用量情况，如表-所示。
从表-中可以看出：黑龙江省农业生产总值2213—22(7年从2274.12亿元上升为3000.97亿元，5年增长了-7.6%，化肥施用量在2213—2216年间从242.96万t增长到255.1(万-，增长了4%，相较于前些年化肥施用增长百分比已经有明显下降，尤其在2016—22(7年时，不仅没有在有效灌溉面积增加时施肥量增大，反而有所下降。由此可以看出，国家已经意识到化肥对资源的严重浪费以及环境的严重污染已开始采取措施。
2面源污染产生原因
2.1自然特点
我国东北地区土质主要为黑土为主，肥沃的黑土地使得黑龙江省、吉林省、辽宁省成为我国重要的粮食生产地，东北拥有宜垦荒地约667hm2，潜力巨大。但是，由于东北平原经过半个世纪的耕作，使得耕层逐渐变浅，犁底层逐渐加重，活土量减少，土壤土质疏松，上层土壤腐殖质高，在降雨集中年份
时导致大量
肥沃的土壤被冲走。同时，东北地区在冬末春初时，流，使氮、磷及农药随地表径流进入水体及湖泊，造成冻融现象比较严重，在冰雪融化时也会产生地表径富营养化，产生面源污染。
表7黑龙江省化肥施用量情况
年份有效灌溉面积化肥施用折射量氮肥磷肥钾肥/4m5/万-4万i4万i万i
2725344.7—4.95884785048536.97 27145375.26257.95  5.9554.4757.75 2725536.74255.578844654.1757.47 27165934.74—4•7577.25047036.57 27776737.57257.26844455245835.64
2.2施肥制度
东北地区作为我国主要商品粮生产基地，主要有松嫩平原、辽河平原及三江平原，适宜种植多种粮食作物，主要以种植玉米、大豆、水稻、小麦、马铃薯为主。目前，施肥方式基本采取在种植时一次性施用，单是玉米一次性施肥面积占播种面积的55%，极易造成发育后期脱肥现象，肥料利用率低于35%，从而导致多余肥料进入自然环境里造成面源污染。施用肥料品种多限于尿素、二铵和氯化钾，有机肥施用数量还比较少，土壤中所含微量元素缺乏从而导致土壤养分失调。为了确保粮食产量，导
致过量施肥现象比比皆是，精准施肥少之又少。
2.3耕作制度
东北地区气候以中温带为主，作物基本上是一年一熟，适宜水稻、高粱、大豆、甜菜、玉米、小麦等多种粮食作物，虽然2077年黑龙江省主要农作物综合机械化水平达到92.8%，但在耕种时，有些地区缺少大功率拖拉机及配套的农业机具，不能进行深松和深翻整地，使得耕作层渐浅，后果就是使得肥料及作物根系下扎困难，肥料的迁移性增加，施入土壤中的肥料随着风蚀、水蚀而散扩到环境中形成面源污染。
2.4秸秆剩余
我国自古以来就有精耕细作的农耕历史与农耕文化，前茬作物的一部分秸秆就会被农民作为畜牧养殖的饲料或者取暖，另一部分直接丢弃或者焚烧。来自国家统计部门的相关数据表明，近年来我国粮食作物每年基本都保持在7亿-左右，在保证粮食安全的同时，也产生了大量的农作物秸秆。由于目前农村能源结构发生巨大变化，秸秆需求量大大下降，畜牧养殖所需的饲料供应也供大于求。特别是东北地区进入冬季后温度降低，微生物分解速度极慢，秸秆腐烂速度慢，为了不影响第二年播种，农民选择直接就地焚烧。焚烧后可以方便第二年的播种，但会造成许多养分的流失，破坏土壤有机质，引起的对环境污染的影响不可估计。目前，我国秸秆利用率比较低，特别是东北地区，由于秸秆利用的成
本比较高，农民一般选择最简单的处理方式，当粮食作物收获完成后，农民先将秸秆运至田间地头，再选择适宜的时间段将秸秆进行焚烧。由于东北地区特殊的气候条件，冬季供暖和焚烧秸秆的时间重合，造成了冬季雾霾天气天数增加，严重地影响了当地的交通安全和人民生活。秸秆如何处理成为目前研究的热点，急需解决农民在收获后无法处理秸秆的难题。
2.5畜牧业生产
近年来，经济的发展促使人民生活水平得到了不断地提高，人们对于畜牧产品的需求量进一步增加，带动了畜牧业的发展。随着养殖业逐渐趋于集成化和规模化的同时，也产生了大量禽畜废弃物，在没有及时处理的情况下造成了严重的大气污染、水体污染及土地污染等。在北方地区，经过发酵产生的氨气、硫化氢、粪臭素等气体进入到大气中，冬天严寒的环境使这些废弃物冻结，并在春天到来时融化，随着雨水、雪水进入江河湖泊，并渗入地表之下，对水体、土地造成了大量的污染，污染的面积越来越大。
3应对方法
3.1国内应对方式
3.1.1针对自然特点和施肥方式
哈尔滨供暖时间
采取“农户-农田-农村”一体化的的面源污染综合治理模式。由于我国北方种植方式还是以小农经济为主，在种植时不会考虑污染问题，政府可根据当地的自然环境、河流地理位置和气候特点等因素来划分区域，按照每个地区适应的治理方式来进行整治。
对于施肥方式，可采取分块划分措施，将土壤条件、供试作物性状、环境因素作为定量，分别研究氮、磷、钾在不同施量情况下作物产量的变化，得到各个地块最佳经济施肥效益，避免由于过量施肥而产生的不利影响。在施肥的过程中，尽量做到精准施肥，提高精准施肥机的使用率，最大化地提高化肥的利用率，尽可能施用有机肥，少施用尿素、二胺等化学肥料，防止土壤板结。
3.1.5针对耕作方式
近年来，我国农业机械化率呈现不断上升的趋势，但较大马力拖拉机和相应配套设备仍显不足，国产化大马力拖拉机与国外同类型大马力拖拉机仍存在较大差距。采取深耕深松的耕作方式，可划破犁底层，提高土壤保水保墒能力，加速有机质分解作用。土壤深耕可以疏松土壤，加深耕作层，改善土壤的水、气状况，有效解决了深耕层内部的水、气矛盾，增强了土壤的渗水、蓄水能力，进而提高土壤的抗旱能力和保肥、供肥能力。虽然黑龙江省农业机械的使用率在全国农业机械使用率独占鳌头，但辽宁省、吉林省还有很大的发展空间，积极提高农业机械使用率，从而完成深耕、精耕作业，减少水土流失，减少面源污染面积。
3.1.5针对秸秆处理
目前，秸秆利用成本高、投入大、投资回收期较长，许多秸秆处理技术还不是特别成熟，使得许多企业进入秸秆处理行业都比较谨慎，社会效益和生态效益尚不突出。我国秸秆综合利用规模小，目前还没有大规模处理秸秆的企业，加上东北地区一年一熟，茬口特别紧张，做好秸秆综合利用工作，显得十分重要。这就迫切需要政府加大各种政策扶持：一是建立中央、地方、经营三方共同筹资制度。目前，农民为了节省成本选择最简单的方式，直接进行焚烧，造成了一系列问题，政府为了保护环境，近年来采取了一系列政策严禁焚烧秸秆。但是，解决秸秆问题既不能简单地一禁了之，也不应让农民完全承担禁烧的成本，应想方设法解决不焚烧秸秆也可解决农民耕种的问题。二是探索建立秸秆综合利用绩效奖补机制。中央财政应依据各省秸秆综合利用率年度增幅等指标，对成绩显著的省区给予绩效奖补，建立奖优罚劣机制，充分调动各地工作积极性。三是加大资本市场化运营力度，大力扶持秸秆综合利用龙头企业，引领和带动行业发展，在税收政策上给予倾斜，促进秸秆综合企业积极发展。四是采取其他措施。采用只要对秸秆处理有利发展的技术或者措施，进行严格论证，积极发展秸秆处理产业。
3.1.4针对畜牧面源污染
目前，针对畜牧面源污染主要采取以下几种方式对畜牧废弃物进行处理：一是固体粪便堆肥利用。以
生猪、肉羊、家禽等规模养殖场为重点，采用干清粪方式，对固体粪便进行好氧堆肥发酵无害化处理，就地就近进行还田利用。二是畜禽粪污全量收集还田利用。以生猪、奶牛等规模养殖场为重点，采用升级的水泡粪或自动刮粪回冲工艺，对粪便和污水全量收集，进行贮污池微生物技术和搅拌处理后，实施还田利用。三是有机肥生产加工利用。以生猪、肉牛、奶牛、家禽等规模养殖场为重点，采用干清粪方式，对固体粪便进行好氧堆肥发酵无害化处理。四是有机肥生产加工利用。以生猪、奶牛等规模养殖场为重点，对干湿分离、雨污分流后的污水进行集中收集，经厌氧发酵或氧化塘储存处理后，与灌溉用水按一定比例混合，实施水肥一体化灌溉。
31国外应对方式
农业面源污染处理技术不像工业污染处理起来方便，当前的农业污染处理技术主要是从生态治理的角度出发。从2002年开始，美国就化肥、农膜的使用制定了大量相关政策，要求化肥、农膜的登记及许可经营制度，许多农业化学品被禁止使用，同时在销售时需要登记、监督。日本典型人多地少，制定大量法律，如《可持续农业法》《农业污染防治法》等，严控监管化肥使用，对于不按照规定的农户进行经济处罚，严重者追究法律责任；对农业废弃物采取循环模式，污染物一部分经过处理过滤进行农田灌溉，另一部分进行发酵作为有机肥再施还给土壤。部分学者发现国外由于其机械化程度较高，同时积极推广秸秆覆盖的保护性耕作，大部分秸秆都会直接还田；采取秸秆新能源利用技术和原料利用技术，将秸秆进一步转化为饲料，利用秸秆无污染化燃烧发电；政府也采取政策激励机制、投资扶
持政策、目标政策等促进秸秆的高效利用。德国采取政府补贴的方式，按照每公顷最高补贴450-900欧元的标准，使生产者有选择更多环保绿农药的机会。澳大利亚主要在农村生活污水生态治理技术、生活垃圾和农业废弃物处理技术、农业化学品减量化技术、污染物质的生态拦截技术这2个方面对面源污染进行了防治和治理。
4结论
由于我国耕地面积仅占世界耕地面积的7%，却要养活世界人口的22%，如何保护好国家制定的（.8
亿亩耕地面积红线，如果保证粮食生产不受影响，粮食安全战略显得越来越重要。在农业发展的过程中，农业面源污染问题也越来越影响到人民的生活，特别作为我国粮食生产重要的东三省更显得尤为重要。如何解决农业面源，给面源污染研究带来了新的挑战。为此，从东北三省的自然特点、施肥制度、耕作制度、秸秆剩余、畜牧业生产几方面介绍了东北三省面源污染产生的主要原因，并针对产生的原因采取相应的措施以减少农业面源污染，为东北三省的农业发展提供建设性意见，以保障东北三省粮食生产。
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Stiidy on Non-p oint Source Pollution of Freeze-t liaw Soil in Northeast China Zhaxy Lei1,2,Zhaxg Qingzhu2,Waxy Yufeog-c2,Gu Xudia1c2,Che—Xudia1c2,Waxy Xiaojux2,2 (0a.Institute of Soil Fe—i-zer and Edvipnmeptal Resources;  b.Heihndiany Provincial Key Laboratop of Soil Envio—1-meol and Plant Nut/t—n ,Heihndiany Acobemy of Ag/ch—ural ScUnces,Harkin15404,China；2.Institute of Ag/col-tural Machinery Enyinee/ny Science,Harkin154081,China)
Abstract:With the cot—nnous doPopmoX of ag/ch—ure in China,dou-poidl source poPutiou has been ppUuceP in the process of ag/ch—ural doPopmpi/Al present,China's not-point source poPutiou treatment capgcity is still relatively wead;the countp investwenl in this area is not vep larye.This paper intphuces the situaXon of not-point source pot-lutiou in three provinces of northeast China,analyzes the conses of not-point source po—utiou and intphuces the counter­measures al home and adpad in orker W reduce not-point source pollutiot;it provides a reference for the stuPy of Cot-trol Methods of not-point source po—utiou of frozen-t hawed soil in northeast China.
Key wo U s：dou-poidl source po—utiou;northeast china；fpoe-thdw type;food seco/ty

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