第20章 农业环境管理与实践 主要内容 20.1 农业环境问题及其危害 20.2 农业环境管理与实践 20.3 生态农业 20.4 现代集约可持续农业 20.5 案例研究 20.1 农业环境问题及其危害 20.1.1 农业生产环境问题 图20-1 常见的农业环境问题及危害示意图 (1) 农药污染 迁移、扩散、残留、富集行为会污染大气、水体 和土壤并对生物体构成危害. 通过食物链传递,在生物体内逐渐累积,导致食 物链顶端的生物(包括人类),体内农药含量更高. 使生态系统失去原有的平衡,导致系统结构变异、 功能衰退,生物多样性减少. 图20-2 农药在环境中的循环(Li and Fleck, 1972) ① 有机氯农药 氯代芳香烃衍生物,包括六六六、狄氏剂、DDT等. 构稳定、难氧化、难分解、毒性大,易溶于有机溶 剂,尤其脂肪组织,为高效、高毒、高残留农药. 通过食物链浓缩,在生物体脂肪和肝脏中大量富集, 危害神经中枢,诱发肝脏酶改变,侵犯肾脏引起病变, 且毒性难以降解. 1983年起已全面禁止使用,但以往积累的农药,仍将 在相当长时间内发挥作用. ② 有机磷农药 含磷的有机化合物,大部分是磷酸酯类或酰胺类化 合物,如敌敌畏、1605、马拉硫磷和稻瘟净等. 有剧毒,较易分解,在环境中残留时间短,在动植 物体内不易蓄积,故常被认为是较安全的农药. 但其对人畜的高毒性,能抑制人体中乙酰胆硷酯酶、 脂肪族脂酶及丝氨酸蛋白酶,使正常神经功能被扰乱, 引起体内生物化学过程失调,出现呕吐、腹泻、大便失 禁和血压升高病状,最终导致死亡.故其环境毒性仍不 可忽视. ③ 氨基甲酸酯类农药 具苯基—N—烷基甲酸酯结构,与有机磷农药一 样,都具抗胆碱酯酶作用,中毒症状相同,但机理有差 别. 在自然环境中易分解,在动物体内能迅速代谢,代 谢产物毒性多数低于其本身,属于低残留农药. 某些品种急性毒性较大,如呋喃丹,其口服LD50为8—14mg/Kg,属高毒农药. 该类农药可能存在致癌和致畸的潜在因素. (2) 化肥污染 对农业生产作用相当大,但若施用不当,可能 对土壤、大气、水体、农产品以及整个生态系统产 生严重影响和危害. 对生态系统的污染为多介质环境污染,并且污 染物质在各环境介质中发生物理、化学、生物过 程,所以污染物在多介质环境中表现出关联性、转 移性、循环性(图20-3). 图20-3 化肥中营养元素在环境中的迁移转化规律 ① 氮肥污染 图20-4 氮肥污染带来的环境问题 ② 磷肥污染 磷肥不易挥发和淋失,对大气和地下水不造成 明显影响.但磷肥通常含多种重金属,对土壤和 作物有潜在影响. 我国的磷矿,含氟量基本上与含鳞量成正比例 关系,导致土壤中含氟量升高. 磷肥中还含有微量的天然放射性元素,特别是 在磷矿周围具放射性污染的潜在危险,在生产过 程、运输和试用过程中也对环境产生污染. ③ 钾肥及微量化肥污染 随着农业生产的发展,钾肥和微量化肥开始日益普 及开来.但如若使用不当,也会对环境造成危害. 硫酸钾使用不当,容易破坏土壤结构,造成土壤板 结;氯化钾使用不当,使土壤中氯离子积累,破坏土 壤结构,影响一些作物产量和品质. 微量元素使用过量,易造成土壤污染毒害作物, 影响产量和品质. (3) 畜禽粪便污染 规模庞大的禽畜饲养基地,给环境带来巨大污染. 据统计,2000年我国禽畜粪便产生量超过25亿吨, 远远超过全国工业固体废弃物的总量. 以长江流域污染最严重的杭州湾为例,造成当地污 染主要是农业生产污染,其中农药、化肥污染和禽畜 粪便污染尤为突出. 研究表明,畜禽粪便成为造成杭州湾污染主要指标 严重超标的重要原因(见表20-1).同时,且污染比 重将呈加重态势(见表20-2). 表20-1 1994年杭州湾主要污染指标来源比重 (单位:%) 污染来源 禽畜粪便 农业化肥 工业污染 生活污染 其它污染 无机氮 35 40 5 10 10 总磷 21 6 0 14 59 BOD 18 0 17 22 43 注:摘自杨朝飞,2001 表20-2 2013年杭州湾主要污染指标来源比重 (单位:%) 污染来 源 禽畜粪 便 农业化 肥 工业污 染 生活污 染 其它污 染 无机氮 49 32 4 7 8 总磷 29 10 7 24 30 BOD 29 0 17 24 30 注:摘自杨朝飞,2001. 粪便造成污染的原因在于其污染物浓度非 常高,还含有大量蛋白氮、类蛋白氮和氨态氮 及多量磷和大量病原菌(见表20-3). 当禽畜粪便未经处理,直接排入环境时将: 污染土壤及地下水 污染地表水,甚至影响饮用水源,危及人类健康 禽畜粪便的恶臭污染 表20-3 家畜粪尿的理化性质 项目 牛粪 牛尿 猪粪 猪尿 鸡粪 人粪尿 水分(%) 86.2 94.2 70.5 95.5 77.5 pH 7.0 8.3 7.2 8.0 6.36 7.0~9.0 悬浮物 (ppm) 119000 5000 223000 4500 132800 22000~ 26000 BOD(ppm) 24000 3900 62000 5000 65400 8000- 15000 COD(ppm) 19600 5997 35030 9297 45000 全氮(ppm) 9430 8344 4664 7780 14600 5000~ 6000 氨态氮 (ppm) 2086 320 426 1082 1150 3000~ 4000 注:摘自陈维新,1993 (4) 生物污染 ① 生物入侵 生物入侵对农业生态环境和自然资源造成的危害 是不可逆转的,它加速生物多样性丧失和物种灭绝. 外来物种一旦入侵成功,要彻底根除非常困难, 而控制危害费用相当昂贵. 美国生物入侵造成的直接经济损失每年达1226亿 美元. 我国每年几种主要入侵物种造成的经济损失达547 亿元人民币. ② 转基因生物 作为非自然进化产物,对人类健康和生态环境 安全的潜在影响自重组DNA技术成功以来就受到广 泛的争议. 部分专家认为,转基因作物或其野生近缘种可 变为"超级"杂草;可能造成基因逃逸,产生"超级 病毒" ;危及生物多样性;对人体健康可能造成负 面影响. 20.1.2 农业生态系统破坏 (1) 生物多样性锐减 农业生产活动如耕作、农药化肥使用及农 业动植物遗传改良等在提高生产力同时也影 响农业生态系统中生物多样性.图20-5反映 农业生态系统中生物多样性的组分与功能. 图20-5 农业生态系统中生物多样性的组分与功能 注:引自陈欣等,2002 (2) 土壤退化 / 指在自然环境基础上,因人类开发利用不当而加 速的土壤环境质量和承载力下降的现象和过程. / 开垦利用土壤的初期阶段,仅破坏土壤自然植被 和肥力的自然平衡,还可通过撂荒使植被自然恢复 或施用有机肥来恢复土壤肥力. / 但当人类利用土壤过度时,便产生土壤侵蚀、沙化、盐渍化、沼泽化和肥力下降等土壤退化现象. 图20-6是土壤退化的分类模式. 图20-6 土壤退化分类模式 (引自李天杰,1995) 20.2 农业环境管理与实践 20.2.1 农业环境管理体系 (1) 农业环境管理机构 我国国家一级管理机构是农业部环保能源司, 同时农业部成立环境保护委员会,组织协调农业内 部各行业的环境保护工作.在各省、自治区、直辖 市农业部门也设立相应的环境管理机构. (2) 农业环境管理对象 图20-7 农业环境管理对象 20.2.2 农业环境管理途径 图20-8 农业环境管理措施分类 20.2.3 农业环境管理对策 (1) 小城镇建设过程中的环境管理 ① 城镇化过程中工业化对农业带来的资源流失 耕地占用 高素质劳动力的流失 资源的流失 表20-4 小城镇建设中的环境问题 主要问题 产生原因 生产型问题耕地的大量占用 乱占滥用耕地,土地规划不合理,大量 土地资源白白浪费 乡镇企业污染严 重 高能耗,重污染,污染物排放日益增 多,成为小城镇的主要污染源 生态环境破坏 建设进程中的许多不合理行为,造成自 然资源的急剧衰减乃至枯竭. 生活型问题水污染严重 缺乏相应的污水处理系统,基础设施落 后 固体废弃物污染 堆放垃圾,没有配套设施 ② 小城镇建设中的环境问题 ③ 小城镇建设中的环保对策 坚持建设与生态保护并重,加大小城镇建设环 境规划力度 坚持筹资多元体系的创新,加大小城镇环境保 护投资力度 坚持可持续发展战略,加大小城镇生态环境建 设力度 (2) 农业生产方式的变革 农业产业化是农业生产方式的新的变革. 图20-9 农业生产方式转变对环境的意义 20.3 生态农业 20.3.1 中国生态农业建设的基本原则 20.3.2 生态农业的技术类型 图20-10 桑基鱼塘——水陆交换生产系统示意图 (引自国家环保总局,中国的生态农业,1991) 20.3.3 典型技术与环境保护 (1) 物质循环利用生态农业系统的主要技术及环境效益 图20-11 主要实用技术及环境效益 (2) 系统内物质循环过程 图20-12 古泉生态农场循环模式 (引自国家环保总局,1991 ) (3) 物质循环利用的生态农业系统与环境 沼气是系统能量转换、物质循环及有机肥料综合 利用的中心环节,是联系初级生产者,初级消费者和 分解者的纽带. 如图20-13a,在没有沼气的农业循环中,未对能 量物质充分利用,只是部分利用循环. 引进沼气以后(见图20-13b),循环变得完善,提高 了能量物质的利用效果.减轻对资源环境的压力,有 利于农业环境保护. a. 传统的农业循环(不完全循环) b. 生态农业系统中的良性循环 图20-13 两种农业循环比较图 (4) 物质循环利用的生态农业系统能量分析 天然生态系统的能量输入主要是太阳能,人工生态系统 则除太阳能外,还有多种形式附加能输入,称为人工辅助能. 农业生态系统是一个人工生态系统,通过对能量投入产 出分析,可以判定是否高产、稳定,并且可发现某一部位和 某一环节中所存在的问题,采取有效措施. 图20-14 物质循环型生态农业系统的能量输入输出 20.4 现代集约可持续农业 20.4.1 现代集约可持续农业的概念及目标 定义:采取维护自然资源的基础方式,通过技术和机制 变革,确保当代人及后代人对农产品的需求得以满足,维护 土地、水、动植物遗传资源,且不会造成环境退化,技术适 当,经济可行,为社会所接受的农业生产经营方式. 目标: 资源集约化 生产现代化 经营产业化 20.5 案例研究 大足生态农业示范区的建设 大足县位于四川盆地东南部,重庆市区西部. 1980至1982年大足县进行农业资源调查和区划工 作,发现农业生态环境存在着严重问题:森林植被由五 十年代初的32万亩锐减到1987年的11.9万亩,水土流失 严重,流失面积占全县幅员面积的40.2%. 针对这种严重局面,于1984年5月完成《大足县南 北山生态农业建设总体规划》. 图20-15 大足县地理位置图(图为重庆市地图) 图20-16 大足生态农业建设的具体内容 (1) 生态效益分析 ① 关于稻田养鱼模式的生态效益分析 资源利用得到改善 改善土壤肥力,节省化肥用量 有利于抑制杂草虫害,减少农药使用量 图20-17 稻田养鱼物质循环和能量转化简图 ② 沼气生态工程的分析 大足县是一个农业县,水稻、小麦、玉米、豆类、高粱等作物的秸杆产量很大.秸 杆年产量35.53万吨,若全部充分利用为产气 原料,则可产生沼气7100万m3 . 表20-5 典型模式分析 模式举 例财务分析环境经济学分析影响推广的主要问题 政策重点 稻田养 鱼优优农户财务收益能够顺利 实现,主要在于鱼的产 量和市价是否稳定 维持农户财务 收益 沼气工 程一般优一次性投资太大,需运 行费用,农户直接财务 收益不高 社会支付农户 行为的有益外 部效益 退耕还 林劣优需要相当大的物力和劳 动力投入,财务收益在 短期内难以实现,产权 不明,挫伤积极性 鼓励和指导农 户调整经营方 式