農業面源污染控制工程的“減源-攔截-修復”(3R)理論與實踐

據《農業工程學報》2011年5月報道，農業面源污染問題日益突出，在一定程度上已經嚴重影響到我國生態環境健康、良性發展，甚至在一定程度上制約了我國經濟社會的可持續發展。我國學者基于我國的經濟發展模式，提出了農業面源污染控制的策略性理論——“減源-攔截-修復”理論（簡稱3R理論），該理論的提出，將扭轉世界上至今無農業面源污染控制工程策略性指導理論的局面。

此研究報告刊登于《農業工程學報》2011年第5期，題為“農業面源污染控制工程的“減源-攔截-修復”（3R）理論與實踐”，第一作者為中國科學院南京土壤研究所吳永紅博士，通信作者為楊林章研究員。該研究為國家自然科學基金重點項目和國家“863”項目。

20世紀50年代開始的農業“綠色革命”，通過增加化肥、殺蟲劑和除草劑的投入有效地增加了糧食的產量，但是，這種高投入的農業也對環境產生了一些負面的影響，例如進入水體和土壤的污染物增加。與此同時，城鎮化的發展、人口的積聚和固體廢棄物等管理落后，以及水沖廁所的普及，也造成了散排污水的增多，這種分散式污水最終也進入了土壤和水體，從而引起水體的富營養化、藍藻“水華”等生態危害。

當前，雖然國內外開展了很多農業面源污染控制工程的研究，例如緩沖帶的構建、化肥管理等，這些農業面源污染控制工程也取得了一定的成效。但是，不少農業面源污染控制工程還停留在“就事論事”的技術層面上，缺乏系統性和全面性，難以實現長期的有效控制。另外一個問題就是，這些建設的農業面源控制工程，很多時候結構單薄、體系單一、主次矛盾不分，造成控制效率不穩定、運行成本偏高等現象。針對這些現象，結合30多年的研究積累和實踐，提出了用于指導農業面源污染控制工程建設的3R理論。

3R理論（減源-攔截-修復），即在農業面源污染控制工程建設過程中，以實現農業環境保護、農業經濟可持續發展以及農業人居環境和意識形態相和諧發展為目標，從源頭減少污染物質的輸入，在污染物遷移過程中，利用生態工程措施削減污染物質濃度，然后利用生態修復技術，重建整體農業生態系統。

通俗地說，“減源”就是通過技術措施，在保證農業產量不減少的情況下，減少化肥施用量，減少農村生活污水向農田排放，減少農業固體廢棄物亂堆放等等

“攔截”就是利用生態工程措施，如土地處理系統、人工濕地、生態溝渠、復合生物反應器等，在農村農田的溝、渠、塘等集水區凈化污水，或者利用土壤改良劑，將過量的氮磷等養分固定在土壤中，使其不能向水體流動。

“修復”就是通過種植一些大型的水生植物、陸生植物，恢復水體和陸地的植被，營造出一種可以為其它動植物生存的環境，包括提供一個完整的食物鏈，使得所有的動植物在這個系統內可以很好的生存。

“減源”、“攔截”、“修復”三者的關系式階梯式的，只有當前一步驟順利實施后，后續的工程措施才能有效實施并達到預期目標。

3R的高級形式是4R，即在“減源-攔截-修復”的基礎上，增加一個“再利用”，就是將農業生態系統中產生的廢棄物當成資源再次利用。比如，將秸稈還田，農業固體廢棄物生產有機-無機復合肥等。

為了更好的說明3R理論的指導效果，過去幾年分別在太湖和滇池流域的典型農區開展了工程示范研究。

以太湖流域宜興市大浦鎮（20平方千米）的水網區為研究對象，以“減源、攔截、修復”為示范工程建設的理論依據，開展了為期3年的示范研究。結果顯示，入湖河口控制斷面與河網生態修復區的水質比示范工程建設前提高一個標準等級。原本退化的生態功能正在好轉，如水生生態系統的污水凈化能力提高。并且整個生態系統尤其是水生生態系統由過去單一的物種轉變成了多種植被群落，如蘆葦、茭白、菖蒲、黑藻等，河道和河口水質明顯變清（冬季大部分河流水質清澈見底），為水生生物的棲息創建了良好的環境，出現了多種有益浮游動物。說明示范區生態系統狀態已經基本好轉，生態系統正處于向良性、健康的狀態發展。

滇池流域的金家村（約0.7平方千米）是一個高度集約化的農業區。90%以上耕地種韭菜，施肥量是國內平均施肥量的2~3倍?；?R理論的示范工程建設運行后，在考慮土壤養分釋放和施肥量減少的情況下，每天向下游水體少排放磷2.9 公斤，氮29.7公斤。農業生態系統的作物結構也發生了變化，由單一的韭菜種植擴展到了韭菜、玉米和鮮花以及一些家常的蔬菜。尤為重要的是，在生態溝渠的末端發現了四種新的底棲動物。說明按照3R理論指導的示范工程實施后，農業生態系統正在向健康方向發展。

國內外已有研究發現，農業面源污染正在成為地表水體污染的主要貢獻者?？刂妻r業面源污染，尤其是控制過量氮、磷養分向水體遷移，不但可以保護土壤資源，還能降低下游水體富營養化甚至有害藻類“水華”風險。3R理論的提出，為我國以及類似經濟發展模式的地區的農業面源污染控制發揮出重要的指導作用，為全面、協調、可持續的社會、經濟、環境發展提供技術戰略保障。