当前我国湖泊的污染问题已成为继湖面缩小或干枯之后的又一严重威胁。并且随人口的急剧增长、经济活动的加剧, 污染日益严重。而盲目围湖造田和泥砂淤塞, 湖泊水面的缩小, 又使污染更加严重。不仅影响了湖区经济发展, 给湖区人民生产、生活造成巨大损失, 同时也给生态环境带来严重后果。因此保护和治理湖泊环境, 已成为环境保护的一项重要任务。
《1 湖泊污染的生态学分析》
1 湖泊污染的生态学分析
湖泊污染和其它任何污染一样, 其实质是资源利用问题。
按照生态学观点[1], 天然的 (或自然的) 生态系统中是没有废弃物的, 是没有污染的。随着社会的进步, 人类生产、生活活动的加剧, 资源消费日益增大, 才出现了废弃物, 出现了污染。显然, 湖泊污染是湖区长期以来资源不合理的开发利用、经济无序发展的结果, 是缺乏生态观点的传统发展思想指导下的生产建设、经济开发造成的生态破坏的必然结果。所以湖泊污染治理的根本手段是充分、合理利用自然资源, 降低资源的消费, 减少污染物的形成
系统分析表明, 湖泊污染是由点源污染和面源污染共同作用而形成的。因此污染的治理也必须从“点”和“面”同时入手。从某种程度上讲, 面源污染影响更大, 污染控制 (如农业污染源控制、水土流失与土壤浸蚀的治理) 比点源污染更为困难。特别是对减轻湖泊氮、磷污染负荷, 减缓湖泊富营养化的发展, 减少湖泊淤积老化, 更是点源污染治理解决不了的, 必须通过面源污染的治理与控制才能有效地解决。
可持续发展的理论要求, 当代人健康而富有的生活必须与自然相和谐, 当代人的发展不能影响子孙后代, 必须在资源和环境两方面给后代留有充分的余地。按照这一观点, 湖泊区的经济发展决不能超过资源和环境所容许的程度;资源的消费必须坚持降至最低 (对不可再生资源) 或不超过其可再生程度 (对可再生资源) , 以求得生产过程中的资源减量化, 污染减少化。这就是说, 湖泊区的经济发展必须走生态之路, 工业建设实施清洁生产, 农业发展走生态农业、建设农业生态工程之路;已形成的湖泊面源污染的治理与控制, 必须将污染治理和生态破坏的恢复与重建相结合;污染治理从资源的利用入手生物措施与工程措施相结合生态破坏的恢复与重建必须在湖泊区坚持开展建设农业生态工程, 生产建设与环境建设紧密结合。
图1为湖泊面源污染分析及控制对策结构图解。
《图1》
图1 湖泊面源污染分析及控制对策的结构图解Fig.1 The diagram of analysis and countermeasures to contrl lake surface source pollution
《2 建设农业生态工程, 减少湖泊的面源污染》
2 建设农业生态工程, 减少湖泊的面源污染
《2.1 农业生态工程的基本原理[2,3]》
2.1 农业生态工程的基本原理[2,3]
众所周知, 生态农业是以近代生态学研究的前沿——生态系统理论为依据而设计的, 是在实现农业现代化过程中保证农业持续发展的一种生产方式。农业生态工程作为生态农业建设的重要措施和技术手段, 在生态农业的建设和发展中具有十分重要的意义。
农业生态工程巧妙地应用生态学的基本原理 (系统各种成分相互协调与补充的整体原理;物质循环不息的再生原理;物质输入与输出的动平衡原理) , 结合生物措施和工程措施不断提高太阳能的固定率和利用率, 不断提高氮气资源转化为高蛋白的效率, 因而能以较少的能量和物质投入获取较多的产出, 取得良好的经济、社会和环境效益。农业生态工程的实质是农业生物有机体在人工辅助能和外来物质的参与下, 运用生物共生、能量多级传递和物质循环再生利用的生态学原理, 结合系统工程方法及现代技术手段, 建立起来的农业资源高效综合利用的生产方式, 是减少农业污染, 实现农业可持续发展的技术体系。现代的农业生态工程已不单单是植树、种草、兴修水利、水土流失治理等, 而是形成了物质、能量充分利用, 多技术组合的复合人工生态系统其作用意义也远不是单纯为了增加农业生物学产量, 而是涉及到自然资源的充分、合理利用, 农业环境保护等问题。因此, 农业生态工程技术也是一种资源利用技术, 乡村环境保护和污染治理技术。
显然, 在湖区及上游水源区开展农业生态工程建设, 必将显著地改善地区的农业生产状况, 极大地减少生产过程中资源的消费, 特别是减少化肥、农药的使用, 减低土壤污染, 有效地控制和减少面源污染。
《2.2 典型示范工程建设研究》
2.2 典型示范工程建设研究
《2.2.1 一般程序》
2.2.1 一般程序
在面源污染区, 选择1～2个村庄, 作为典型示范工程。在深入调查、研究、分析的基础上, 根据可持续发展的要求, 以生态学理论为指导, 开展农业生态工程建设, 通过产业结构调整[4]、新能源开发建设利用、农业废弃物的再生利用、绿色食品生产基地建设、节水灌溉工程建设、生物肥料与生物农药的开发利用、病虫害的生物防治与综合防治, 从根本上减少化肥、农药的投入和降低能源、水资源的消耗。同时应用系统工程方法, 将典型示范与一般污染治理相结合, 生态工程建设与治污工程并举, 并通过相关的理论研究分析, 寻找资源利用的薄弱环节 (超量使用与不合理利用) 和污染产生的主要环节, 及时采取相应的措施, 在发展生产、提高经济效益的同时, 从根本上减少污染物的排放, 达到治理与控制面源污染的目的典型农业生态工程系统结构框图如图
《图2》
图2 农业生态工程系统结构框图Fig.2 The structure diagram of agricultural eco-engineering system
《2.2.2 主要研究内容》
2.2.2 主要研究内容
(1) 通过对试点近3年来经济发展现状调查及制约可持续发展因素分析, 编制试点的农业生态工程建设规划, 建立试点生态经济发展模型, 并通过模型的计算与优化, 提出产业结构调整的优化方案。
(2) 通过试点村的新能源建设, 特别是沼气建设, 提供优质有机肥, 降低化肥用量, 并改善农村环境卫生状况;通过开展农业废弃物的综合利用和多级利用, 减少物质投入, 减少资源消费, 减少污染物的形成。
(3) 通过试点村种植业、养殖业、工副业等生产部门中原料及产品的能量测定, 进行生产全过程的能量流分析和能量产投比的计算、分析, 寻找生产中的薄弱环节, 为产业结构的进一步调整优化, 提供理论依据。
(4) 通过试点村生产全过程物质投入产出情况的调查分析, 进行生产全过程的物质流分析, 特别是生产中氮磷的产投比分析研究明确生产中氮、磷的盈亏情况, 为合理利用资源, 特别是化肥、农药的使用, 控制氮、磷污染提供理论依据。
(5) 通过试点村生产过程中资金投入、产出情况, 并通过货币效益分析、非货币效益分析、收入弹性系数、系统稳定性指数, 产值优势度的计算、分析、研究, 确定全村价值流流向、流量的合理性, 提出全村经济发展优化管理模式, 为经济、生态环境的可持续发展建立稳固的生态经济学基础。
《3 典型案例》
3 典型案例
《3.1 北京市大兴县留民营村的农业生态工程建设[5]》
3.1 北京市大兴县留民营村的农业生态工程建设[5]
(建设周期:1982～1986年)
《3.1.1 基本状况》
3.1.1 基本状况
全村耕地130.47 hm2, 904人, 劳动力448人, 农业生态工程建设前, 年生产总值62×104元, 以水稻种植为主, 存在的主要问题是:生产结构单一, 种植业产值占总产值的78%;生态系统简单;有机氮、无机氮比例失调, 氮素转化率低, 每生产50 kg粮食耗氮2.9 kg;化肥使用量过大平均每公倾耕地用量以上林业薄弱, 全村森林覆盖率只有6.1%。
《3.1.2 采取的主要技术措施》
3.1.2 采取的主要技术措施
(1) 调整优化产业结构。在保持生产优质大米的同时, 大力发展养殖业、林业和农副产品加工业;
(2) 积极开展农业有机废料综合利用、循环利用, 建立了全村总体型和家庭规模型两种不同的综合利用模式;
(3) 新能源建设。新建250 m3的大型高温沼气发酵池1座, 实行全村集中供气。购置太阳灶170个, 太阳能热水器170个 (均为每户1个) , 建太阳能采暖房38间;
(4) 开展生物防治、生物农药、配方施肥等技术的应用。
《3.1.3 主要效益》
3.1.3 主要效益
(1) 经济效益。1988年全村的工农业总产值1 140×104元, 比建设前1982年增长18.4倍, 1998年则达到1.7×108元, 比1982年增长226倍, 人均分配7 000元, 是1982年的17.3倍, 产业结构合理, 生产良性循环基本形成;
(2) 生态环境效益。秸杆还田率由原来的10%提高到100%, 农田土壤有机质含量由1982年的1.2%上升到1986年的1.8%, 1998年则达到2.5%。光能利用率提高了27%, 能量转换率提高了34.5%。化肥使用量大幅度下降, 1988年每公顷耕地用量比1982年降低75%, 1998年降低了90%, 农药用量减少了95%, 极大地降低了土壤污染。全村林木覆盖率由原来的6.9%上升25%, 有效地改善了村庄生态环境。
1986年留民营被联合国环境规划署评为首批“全球环境保护500佳”, 并被命名为“世界生态农业新村”。目前留民营村在可持续发展的道路上继续阔步前进, 各项效益更加显著。
《3.2 大型农业生态工程——胜利油田生态农场建设[5]》
3.2 大型农业生态工程——胜利油田生态农场建设[5]
(建设周期:1989～1996年)
《3.2.1 基本情况》
3.2.1 基本情况
全场土地总面积2 107.12 hm2, 耕地860.6 hm2, 人口5 207人, 劳动力2 632人;存在的主要问题是水资源紧缺, 旱涝等自然灾害严重, 土壤盐碱化、次生盐碱化十分严重, 种植业生产几乎全靠化肥。
《3.2.2 采取的主要技术措施》
3.2.2 采取的主要技术措施
(1) 调整产业结构, 降低农业复种指数, 大力发展饲养业, 特别是草食动物牛、羊生产, 重点发展以农副产品加工为主的生态型工业和以提高经济效益为目的而不形成污染的一般工副业;
(2) 大力开展农业生态工程建设, 包括防洪排涝封闭区及强排站建设;水库增容工程;农田喷灌工程;植树造林, 建设绿色工程;
(3) 发展新能源、建设沼气工程, 兴建800m3及200 m3的高温发酵池两座, 建配套有机肥加工厂一座, 建设太阳能大棚140座;
(4) 高新技术的引进、研究与推广应用, 先后引进种植业 (如品种培育、轮作、生物防治、生物农药等) , 养殖业 (如配方饲料、饲养技术等) 高新技术12项, 有力地促进了农场的建设与发展。
《3.2.3 主要效益》
3.2.3 主要效益
(1) 经济效益全场生产总值1996年达2.54×108元, 是建设前1988年1 029×104元的23倍, 劳均产值1996年达8.14×104元, 是1988年的29倍;
(2) 生态环境效益1996年和建设前的1988年相比, 光能利用率提高1.5倍, 饲料报酬率提高2倍;化肥用量降低40%, 农药用量降低65%, 减少了土壤污染, 特别是生态环境建设, 森林覆盖率由6.2%提高到16.6%;极大改善了油田地区的环境, 为矿区 (油田) 的生态恢复和保护开辟了道路。
上述案例表明, 农业生态工程建设, 不仅可以大幅度提高经济效益, 同时可以有效地改善生态环境, 特别是可以大幅度降低化肥农药的用量, 减少土地污染。这对于湖泊面源污染的控制与治理具有十分重要的参考价值。
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