原创《美国农业化肥非点源污染治理对中国》
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摘 要：农业化肥非点源污染会导致水体富营养化,地下水硝酸盐超标,对人类的生存和生物的多样性造成巨大威胁,故研究农业化肥非点源污染意义重大.美国从20世纪70年始治理其由于化肥施用引起的农业非点源污染问题,现已取得了阶段性的成果,其治理水平在世界上处于领先地位.本文详细介绍了美国治理农业化肥非点源污染的措施,如最佳管理实践、法律、经济和技术措施,并结合中国农业化肥非点源污染现状及问题,提出了美国成功的治理经验对中国的启示.
关键词：美国；化肥；非点源污染；启示
DOI：10.13856/j.cn111097/s.2018.03.006
20世纪50年达国家开始大量施用氮肥,且过量施肥使湖泊、河流以及近海水体发生富营养化,导致鱼虾大量死亡\[1\].20世纪60年代,人们在治理水体富营养化时发现,在有效控制住流域内的点源污染后,流域内的水质并未改善,反而恶化加重,进一步的研究发现,水体富营养化源于农业非点源污染的危害\[2\].由此,国外对农业非点源污染研究开始起步.同期,美国有了关于化学氮肥的施用导致地下水硝酸盐污染的报告\[3\].农业化肥非点源污染在美国一度非常严重：1970年美国有31个州存在化肥污染地下水的问题\[4\].这促使美国对其化肥产业进行管制,使其氮肥生产在20世纪80年代以来一直保持在一个稳定水平,同时化肥的施用量也保持在20世纪80年代末期的水平\[4\] .此外,美国开始制定相关的法律法规、推行最佳管理实践来治理农业化肥非点源污染.
经过多年的治理,虽然美国化肥用量保持在一个稳定的水平,但是农业非点源污染问题依然严峻.1990年,美国的调查评估报告显示,该国的非点源污染约占总污染量的2/3,而农业非点源污染占非点源污染总量的68%～83%\[5\] .为进一步有效地治理农业化肥非点源污染,美国继续完善相关法律法规,发展和推广环境友好型农业技术,政府还通过财政补贴和税收政策鼓励和引导农民科学种田,避免滥施化肥.同时,还进行各种形式的全民环保教育,使人们认识到不合理施用化肥的危害.此外,最佳管理实践经过20世纪70年代后期的萌发,80年代的发展,90年代效果开始显现.如美国在莫米河流域推行了以保护性耕作和肥料管理为主要内容的最佳管理实践项目,当地主要通过实施示范项目、教育和成本共担的项目鼓励农民购买或建造保护性耕作设备.该项目效果明显,LEASEQ研究的64.75万hm2的保护性耕作区域,径流泥沙、营养物质和杀虫剂都减少了.更重要的是,成千上万的农民减少了磷和氮肥料的施用,研究区水质得到显著改善.到1995年,从莫米河流域向伊利湖输送的总磷比1975年下降了20%~25%,溶解磷下降了60%~70%\[6\] .到20世纪初,美国的农业化肥非点源污染治理取得了阶段性成果,据2006年统计,美国农业非点源污染面积已比1990年减少65% \[7\].
1美国治理农业化肥非点源污染治理措施
美国治理农业化肥非点源污染主要采取了最佳管理实践、法律措施、经济措施、技术措施和公共参与型措施.
1.1最佳管理实践
最佳管理实践于20世纪70年代末诞生在美国,是预防和削减非点源污染负荷最有效的实践措施.最佳管理实践指任何能减少或预防水污染的方法、措施或操作程序,由工程措施、耕种措施和管理措施组成.治理农业化肥非点源污染的工程措施主要包括人工湿地和缓冲带.耕种措施包括保护性耕作、等高线种植和条状种植、覆盖种植和保护性轮作制.管理措施主要指植物养分管理.
（1）在工程措施中,湿地生态系统是管控农业非点源污染的一项重要措施,悬浮物可以在湿地中大量沉降.Woltemade在美国马里兰、伊利诺伊和艾奥瓦试验表明,湿地能吸收68%的氮和43%的磷；湿地与流域汇水面积之比较大时,湿地对营养的吸收率较大,同时湿地与河岸缓冲林带结合可使水质更有效地改善\[8\].缓冲带是比较流行的最佳管理实践,美国的很多福利措施促使土地所有者采纳缓冲带.缓冲带能有效地去除来自农地的径流污染,Robinsin等通过试验发现3m宽的缓冲带能有效地减少70%的来自农地的径流污染负荷\[9\].
（2）在耕种措施中,保护性耕作应用最广.保护性耕作是指作物收获后,至少保持30%的地表残茬覆盖,使土壤侵蚀控制在约50%的耕作和种植方式,包括免耕法、覆盖耕作、垄作、带状耕作等.保护性耕作可以减少土壤和磷的流失,同时能增加土壤有机质和改良耕地,增加水的渗透,减少土壤水分蒸发.据美国保护科技信息中心的资料,美国2004年实行保护性耕作的耕地占全国耕地的62.2%,且免耕比例逐年上升.植被覆盖是一项减少污染物来源的措施,是通过植被覆盖来保护土壤免受侵蚀.保护性轮作是指在相同的田地里按照一定的次序种植不同的作物.合理的轮作,可以提高农作物对土壤中营养元素的利用率,减少养分的流失,同时能充分利用有限的水资源,减少地表径流\[10\].但作物轮作通常比单一作物获得较少的利润,因此该实践很难被广泛采纳.等高线种植和条状种植主要思想是保护土壤免受侵蚀,减轻水土流失,以实现对农业非点源污染的控制.
（3）在管理措施中,植物养分管理是常用的治理农业非点源污染的措施,其目的是减少引起非点源污染的污染物的施用量.养分管理的方式主要包括:测土施肥和变量施肥.有效的养分管理措施的制定,需要评估养分的需要、养分的施用时间、养分的施用位置.美国各州都有自己的植物养分管理标准,各州的标准是在美国植物食品管理机构对植物养分管理提出的指导性意见的基础上,结合本州农业生产、自然条件,以及水资源保护的要求形成的.各州会向农民推荐施肥方案,植物养分管理标准并不是强制的,农民可根据自己的意愿选择是否使用,但如果农民因不当施肥造成水源污染,会受到相应的处罚.
1.2法律措施
美国在治理农业非点源污染方面坚持立法先行,通过对法律法规的制定来确定相应的政策制度框架,然后通过制订各种行动计划去推动政策的实施.
1972年美国的《联邦水污染控制法》首次明确提出控制非点源污染,倡导合理利用土地的最佳管理实践.这为美国各州最佳管理实践的实施奠定了法律基础.
1985年的《食物安全法案》为减少农业活动带来的污染,制订了两个计划\[11\].一个是保护存留计划,其目的是阻止人们耕种极易受侵蚀的土地,从而改善水质,该计划使美国3 000多万hm2的最易遭受侵蚀的农田脱离农业生产.另一个是保护承诺计划,其要求在极易受侵蚀的土地上种植农作物的所有农场主们或成立一个土地保护部门执行计划、或失去联邦政府的资助,在缺少强制执行措施的情况下,该计划是规劝农场主们积极参与的最重要手段\[12\].
1987年的《清洁水法》规定所有州都要有非点源污染治理规划,这些方案作为联邦法规的补充发挥着应有的作用,同时该修正案提出了控制非点源污染的国家计划.美国环境保护署被授权实施该计划,且联邦政府在该计划中对非点源污染控制进行了首次资助.各州如果想得到联邦政府的资助,必须完成评价报告和非点源污染管理计划,经过美国环境保护署审批合格才可实施各州的计划.
2002年的《农业安全与农村投资法案》主要通过扩大农地、草地、湿地等保护面积,加大对耕地保护的投资和水利设施的投资等,改善环境质量和土壤状况,管控农业非点源污染.
在化肥法律法规方面,美国没有颁布全国性的化肥法律法规,而是授权各州在遵循美国植物食品管理机构协会每年出版的年度手册基础上,因地制宜地制定各州化肥法律法规\[13\].美国的化肥法律法规主要围绕“标签真实”做文章\[14\].“标签真实”指包装袋、容器或书面材料上标明的内容必须符合化肥实际.美国的化肥法律规定了生产和销售化肥的注册登记、许可制度,以保障“标签真实”制度的实施.“登记”是指化肥生产者或销售者就自己生产或销售的化肥的品牌、等级和养分含量等事项向州政府主管机关登记.登记必须在销售之前,以便当发现化肥质量问题时,主管机关可以顺利地追责.“许可”是要求生产混配化肥的生产者在生产前,应向主管机关申请许可,以便主管机关掌握生产者的情况.
美国各州确立了化肥的抽样检验制度,以保证化肥质量.该制度详细规定了对化肥检验人员、检验工具和检验方法等方面的要求.化肥法律法规对抽样检验的原则、方法、程度和结果的处理制度有详细规定,以保证抽样检验方法科学和检验结果公正.美国对违反化肥法律法规的行为有相应的处罚措施,如对标签与真实养分含量不符的化肥,没有销售的,立即停止销售,限期改正标签；已销售的,要赔偿消费者损失,并处以罚款.一旦这样的情况多次发生,那么其生产或销售资格会被注销\[15\].
1.3经济措施
美国采取的经济管控型化肥减量政策,主要包括环境税费和政府补贴.
1.3.1环境税费
由于非点源污染具有不确定性及广泛性等特点,致使通过实施标准来控制农业非点源污染难以监控.故美国采用环境税费的方式来减少地表水和地下水中氮的排放.在美国,农用化学品的生产者和销售者需缴纳化学原料消费税,对42种农用化学品收税,不同的农用化学品税率不同,一般每吨收取10~24美分不等的税费,但这些物品出口可以免税\[16\].此外,美国部分州直接对化肥征税,如艾奥瓦州《地下水保护法案》规定对每吨氮肥征收0.75美元\[17\].
1.3.2政府补贴
20世纪60年代以来,美国实施的土地保护政策法规,如《耕地保护计划》《耕地调整计划》及《土壤和水资源保护法》等,这些政策法规的核心是：政府对农民给予经济补贴,鼓励其休耕或退耕一部分耕地,保护土壤免受侵蚀.这些政策法规在实施时,美国政府先估计当年某种农产品的市场供需、库存和下一年国际国内市场需求状况,确定下一年该农产品的播种面积和休耕面积比例,同时确定对休耕农户损失进行补贴的高低,如果估计下一年市场需求大,则鼓励农民扩大耕地面积,政府补贴就低一些；反之则高一些\[14\].1985年美国依据《耕地保护计划》,对占本国耕地24%的“易发生水土流失土地”实行10~15年休耕,休耕还林还草的农户从政府拿到的补助金多于从事耕作的收益,若补助不足,农户可以上诉,执行部门将遭受惩罚\[18\].20世纪90年代初期,美国逐步把农业补贴转为向农业环境支付的“绿色补贴或支付”.该补贴法案中出现了强制性条款,要求生产者必须满足最小的环境标准,政府按照环保标准对生产者行为进行核查,再决定是否给予补贴以及补贴数额,表现出色的可以获得减税等奖励,这促使受补贴的农民必须检查自己的环保行为\[4\].
1.4技术措施
制定和执行限定性化肥施用技术标准或研发、推广和应用亲环境的施肥技术是进行农业化肥非点源污染控制的关键措施,美国控制化肥引起的农业非点源污染的技术措施主要有精准施肥技术、互补性技术和化肥替代技术.
1.4.1精准施肥技术
测土配方施肥技术是联合国公认的亲环境施肥技术,产生了比较广泛的经济和环境效应.目前,美国的测土配方施肥技术覆盖率超过了80%\[19\].美国的土壤测试一般由4部分组成：田间采集土壤样品、实验室进行土壤测试、解释说明分析结果和提出施肥建议.美国农业科学家不断深入研究精准施肥技术,在计算机系统上安装专家施肥系统,根据全球定位系统（GPS）调取关于气候、地质和水源等信息,同时将各种数据输入专家施肥系统进行分析,最后根据评估结果做决策.同时,美国非常注重科技成果的转化,建立了公司一体化的肥料生产推广体系,可根据农户的需求进行生产,更好地服务于农民的农业生产活动.
1.4.2互补性技术
水肥一体化技术是美国控制农业化肥非点源污染的主要互补技术.该技术通过科学的控制施肥与灌溉水,可以提高水肥利用效率、达到减少化肥引起的非点源污染的效果.
该技术把作物所需求的肥料溶解在灌溉水中,并配置成营养液,借助压力灌溉系统,将肥随水均匀准确地施入作物的根区,被根系直接吸收利用.1998年美国的施肥灌溉已遍及3 500多个农场,规模达400万hm2 \[20\].美国的大型灌区一般设有调度中心,能自动控制.据2010年4月报道,为进行水肥有效化管理,美国通过分析水肥调度中心可溶性肥的分布规律及系统压力特征,制定了一系列灌溉制度,肥料利用率提高了10.5%\[21\].
1.4.3化肥替代技术
化肥对土壤肥力的影响是短期的,且硝态氮肥很容易渗出,如果氮的施用量大于根部的吸收量,氮渗出很容易发生,导致污染发生.而有机肥在土壤中有较长的停留时间,被农作物的吸收利用也比较慢,通常情况下它们对硝酸盐的潜在污染较低,使用有机肥可以成为解决方案的一部分,但利用不合理也会导致磷和重金属污染\[22\].针对肥料管理问题,美国在农业管理实践中提倡用有机肥替代化肥,鉴于有机农业对环境无害且高附加值,美国政府相关部门通过制定一系列的优惠措施和扶持政策对有机农业的发展进行引导与鼓励\[23\].截至2013年,美国有机农场占地总面积已突破362万hm2,占全美国农场总面积的近9.8%\[24\].
1.5公共参与型措施
公众参与型措施具有灵活性和广泛性,能很好地辅助其他管控措施的实施.
美国的《清洁水法》《安全饮用水法》和《资源保护与恢复法》提出了公众参与的最低规制要求及建议：要求政府机构对公众发布环境政策、环境支持计划及污染防治技术等方面的信息,并为公众提供咨询和帮助,向公众公布重大的环境决策或公众有争议的问题,举行公众听证会,并对公众会议、咨询小组及财政资助协议等做出相应规定.美国环境保护署于2003年制定了《公众参与政策》,要求所有环保项目都需有公众参与,并探寻扩大公众参与的新路径；环保机构的工作人员要广泛听取并认真考虑公众的意愿和要求,在此基础上做出环保决策；要公开决策过程等.此外,美国联邦政府和州政府强调自发行为,通过提供教育、技术和资金支持,鼓励排污者采用最佳管理实践方法,引导其合理地利用土地.比如对他们提供信息、财政、技术支持,促使他们采取环境友好型的施肥技术,鼓励其主动参与休耕、退耕等各种环保行动.
2中国农业化肥非点源污染现状及问题
化肥是中国农业生产的重要因素之一,其肥效迅速且需要较少的劳动力.自20世纪80年代以来,中国农业化肥施用量逐年增加.1980年中国的农业化肥施用量为1 269.4万t（折纯）,到2015年增加到6 022.6万t（折纯）,且2015年中国单位农作物播种面积施肥量达到了361.99kg/hm2（折纯）①
,远高于发达国家公认的单位农作物播种面积施肥量225kg/hm2的环境安全上限.不断增加的化肥施用量,使中国依靠化肥投入提高粮食产量的空间已变得非常有限\[25\].同时,由此带来的农业非点源污染呈加重的趋势\[26\].
2003年世界银行\[27\]的报告显示,农业污染源污染了中国近一半的地下水,这对中国,尤其是广大农村地区的安全饮水造成严重威胁.2010年中国公布的《第一次全国污染源普查公报》显示,全国农业源污染物排放对水环境的影响较大,农业源污染物是总氮、总磷排放的主要来源,而种植业是农业源总氮和总磷的主要来源.
表1显示,美国平均每千公顷耕地化肥施用量基本稳定在150t以下,而中国平均每千公顷耕地化肥施用量呈大幅增长趋势,1996年为308.3t,到2012年已经达到了651.6t.虽然中国与美国的耕地条件、气候条件及机械化水平等情况不同,但中国平均每千公顷耕地化肥施用量和美国存在如此大差异（1996—2006年约为美国的3倍,2007和2008年约为美国的4倍,2009—2012年约为美国的5倍）,值得重视.
针对农业化肥非点源污染现状,中国已经采取了一系列相应的措施,但其效果还不明显,且存在一些问题.主要表现为：①在法律措施方面,中国缺乏完善的农业化肥非点源污染治理的法律体系,对农业化肥非点源污染的规定分散在其他法律中,且比较抽象概括,针对性不强,强制性不够,法律责任形同虚设\[28\].②在经济措施方面,由于农业化肥非点源污染难以监测,故目前中国的环境税费在该领域还处于空白状态；另外,中国现行的部分农业政策不利于控制农业非点源污染\[29\],中国对化肥生产、流通和使用的补贴在一定程度上加剧了农业化肥非点源污染.③在技术措施方面,中国控制农业化肥非点源污染的技术手段有限,目前中国以测土配方施肥技术为主,水肥一体化技术仅在少数地区推广,有机肥替代化肥技术也刚刚起步.④在公共参与型措施方面,中国公众对农业化肥非点源污染管控的参与度不够,由于公众参与法律体制不健全,农民的受教育程度较低,故公众参与意识、参与形式及参与程度都存在明显不足\[30\].
3美国管控农业化肥非点源污染对中国的启示
美国农业化肥非点源污染的治理经验对中国具有一定的启示作用,但在借鉴美国农业化肥非点源污染治理的经验时,应立足中国国情和农情,具体启示如下.
3.1健全化肥投入非点源污染政策法规
中国要不断完善农业化肥非点源污染的法律法规.一方面,要坚持立法先行,制定相应的政策制度框架,同时制定切实可行的行动计划或项目去推动政策的实施,如美国根据《农业、农村开发及相关机构拨款法》制定了乡村清洁水计划,又在《联邦水污染控制法》中提出了最佳管理实践,促进了政策的有效执行；另一方面,基于中国地域差异明显的特征,除制定全国性的法律法规之外,各地方政府应立足当地实际情况,制定有针对性的地方性法规和标准,加大执法力度.同时,要完善化肥管理法规,采用“标签真实”制度,完善化肥登记制度,加强对化肥的抽样检验,若发现标签与真实养分含量不符的化肥,没有销售的立即停销,限期改正；已经销售的,赔偿消费者损失,并处以罚款；若这样的情况多次发生则注销其生产或销售资格.
3.2完善经济管控政策
中国应把以支持农业发展为目的的农业补贴方式转向农业、环境和农村综合发展相结合方向.一方面,中国政府应减少或取消刺激化肥生产、流通和使用的补贴,依靠市场规律调节化肥,因地制宜制定施肥定额政策,同时引导、鼓励农民购买使用控释肥和环保生态肥料.另一方面,中国可对农业化肥非点源污染严重的地区,实施农地休耕或退耕政策,并为受损农户提供合理经济补贴,可根据市场情况引导农户休耕或退耕,对休耕或退耕的农户进行直补,政府就此与农户立下最低期限的契约,并进行核查,未遵守契约的农户则取消或者减少补贴金额,以保证农地休耕或退耕的效果.
3.3加强技术管控体系建设
中国应加大水肥一体化技术的推广力度,可借鉴美国有效的灌溉制度,引进其先进的灌溉施肥设备,推广水肥一体化的覆盖面积,还要加大国家对水肥一体化技术的研究和技术培训投入力度.同时,中国应该加大有机肥替代化肥的研发投入,提高有机肥施用的便捷程度,并对有机肥的生产、流通和使用给予补贴,鼓励和引导农户施用.此外,发展循环农业,促进养殖业与种植业的无缝对接,把畜禽粪便作为有机肥使用,同时可减少畜禽粪便对水体的污染.
3.4鼓励公众参与治理污染
中国应加强对公众的宣传、教育,提高其环保意识,并制定公众参与公共决策的专门法律,确立公民环境权,拓展公众参与途径,提高公众法律意识.同时,中国相关政府机构应定期向公众发布环境政策、环境支持计划及污染防治技术等方面的信息,并向公众提供便捷的反馈途径.农业种植者是中国农业化肥非点源污染的主体,应对其进行教育培训,向其提供资金和技术支持,促使其采用减少环境污染的施肥技术,引导其合理利用土地,并鼓励部分农业种植者主动参与休耕、退耕.
美国论文参考资料：
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