第1章　绪论

1.1　农业面源污染情况与研究意义

1.1.1　农业面源污染情况

水环境是人类生存环境的重要组成部分，也是受人类污染最严重的区域之一。水环境污染物的排放方式包括点源和面源，与集中排放进入环境的点源污染不同，由农业、养殖业、农村生活等释放的面源污染负荷没有固定的排放点或者入河口，对环境的影响面广，难以监测和控制。在20世纪60年代以前，人们一直认为点源是造成水污染的主要原因，直到点源污染逐渐获得有效控制后，面源污染已经成为降低水环境质量、危害人类自身安全的重要污染源（Hao et al.，2004；岳勇等，2007）。面源污染来源广泛，包括农田中过量施用的化肥、农药，耕地或林地产生的水土流失，生活区或畜禽养殖所带来的营养盐流失，大气干湿沉降等（郑粉莉等，2004；柴世伟等，2006）。面源污染发生后携带的泥沙淤积在水体中，降低水体生态功能；大量的营养盐引起水体富营养化，破坏水生生物的生存环境；污染饮用水源，危害人体健康（张水龙等，1998）。

农业活动被认为是面源污染的主要来源之一。农业活动的广泛性、普遍性是引起水环境污染的主要原因（陈利顶等，2000）。有研究表明，农业面源污染影响了世界陆地面积的30%～50%（Bouzaher et al.，1994）。据美国1990年调查报告显示，在美国年总污染量中有约2/3来自面源污染，而农业面源污染占其中的68%～83%（蒋茂贵等，2001；苑韶峰等，2004）。欧洲农业面源输入到北海的TN和TP分别占入海通量的60%和25%（Ongley，1996）。在荷兰，来自农业面源污染中的N、P分别占水污染总量的60%和40%～50%；丹麦270条河流由面源引入的N、P负荷占比分别为94%和52%（Svendsen et al.，1993）。发展中国家由于工业化和城市化程度不高，农业生产占主导地位，面源污染更严重（Novotny，1999）。在我国，近年来农业活动所造成的污染在面源污染中占主要地位（程红光等，2005）。2017年全国第二次污染源普查结果显示，农业面源TN和TP分别达到46.52%和67.22%（中华人民共和国生态环境部等，2020）。

由于人口不断增加而耕地有限，土地生产力有限，因此把提高化学品投入、改善灌溉条件等作为提高粮食产量的主要手段。在干旱和半干旱区，肥料施用和农田灌溉是作物生长的重要因素，也是农业增产的最重要投入（Kellogg，1994）。2000年，世界范围的平均肥料用量约为145kg/hm2，欧洲肥料用量为400kg/hm2（Dhull et al.，2004）。从20世纪70年代末开始，我国大力推进农业施肥发展（金继运等，2006），化肥消费量呈现直线上升趋势。到1994年，我国化肥施用量超过美国，跃居世界第一（马文奇等，2005）。2008年我国化肥施用量达到5239.0万吨，占世界总施用量的31.4%（杨增旭等，2011）。与此同时，我国粮食总产量由1991年的43529.3万吨增加到2019年的66384万吨（王瑞元，2020）。有研究表明，化肥施用量的增加是在利用率低下的情况下的不利增加，在欧洲只有50%～70%的化肥被作物利用，剩余的通过挥发、反硝化或淋溶而损失（Kengnil et al.，1994）。中国科学院南京地理与湖泊研究所对湖泊富营养化的研究表明，农田肥料污染的负荷平均为47%，农业面源污染物N、P分别占滇池水污染物总负荷的53%和46%，占太湖水污染物总负荷的13%和37%。在粮食和蔬菜作物上施用的氮肥，有约17.4万吨流失，其中1/2氮肥从农田进入水体，对区域生态环境造成严重影响（国家环保总局，2005）。随着经济发展和人口增加，中国农业集约化压力仍然会加大，如果继续过量施用化肥，那么引起的农业面源污染问题将会更加严重。农业活动不仅引发一系列生态与环境问题，农药化肥投入也打破了区域在长期自然地理过程中所形成的物质平衡，影响土壤养分的动态变化，并加快其在土水界面的迁移速率。以N、P为主的营养物质进入水体，带来了严重的环境污染。