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化肥、农药、塑料等各种农用化学品在促进农业生产发展的同时也给生态环境造成了严重危害：污染了农田、林区、草地、水域和大气,危及生物和人类安全,制约了农林牧副渔的可持续发展,因而治理农业污染已刻不容缓.
农业污染是因各种农业生产活动所造成的污染,主要包括化肥污染、农药污染、农业废弃物污染等.
一、化肥污染防治
化肥污染,一是因为化肥本身含有有害物凰二是过多地、单一地施用某一种化肥,使土壤理化性质劣变,土壤微生物活动受到不良影响.化肥的过量施用,已对水质、水生生态系统、大气环境等产生了极大的危害,甚至还会造成地下水的硝酸盐和亚硝酸的污染.因此,农业中的化肥污染切不可低估,应采用适宜的绿色技术尽早防治.
1 科学施用化肥
提高化肥利用率,减少化肥环境损失,是化肥使用过程中防治环境污染的根本原则.要防治化肥对环境的不良影响,既要制定合理的施肥量,讲究科学的施肥方法又要严格执行化肥的使用规程,消灭化肥的不合理施用,控制其在环境中的积累.
2 配施有机肥
有机肥具有任何一种化肥所不能替代的优越性,第一,有机肥是“完全肥料”,有机质是作物全营养元素的重要来源,第二,有机质能促进土壤有益微生物的活动,微生物利用土壤作“粮食”,把有机质中作物不能吸收的部分转变成作物可利用的物质,以满足农作物生长的需要.其中固氮微生物还能将大气中的氮固定下来,供作物吸收利用；第三,有机质有助于土壤团粒结构的形成,提高土壤保水、保肥和缓冲能力.另外,根据土壤种类、作物品种等的需求,宜配施适量中微量元素肥料,以提高作物产量和产品品质.
3 利用垃圾堆肥
据报道,我国当前城市生活垃圾的人均日产量为0.6～0.9kg,随着城市的不断扩大,随之出现了严重的城市垃圾问题,如果这些城市垃圾得不到妥善处理,就会对大气、土壤、水体造成严重污染.城市垃圾的消纳处理直接关系到城市的形象、居民的身心健康、社会经济的可持续发展,是世界各国普遍关注的热点课题之一.
实际上,垃圾是一种“放错了地方的原料”、“叫错了名称的资源”,若能对垃圾中的资源进行分类回收、处理,则可实现垃圾的无害化、资源化.
据统计,1998年我国城市年产生垃圾约1.4×109t,且总量以每年8％～10％的速度增长,估计到2010年将达到2.5×109t；此外还有大、中型畜禽场年产粪便超过千万吨,这些都是重要的大宗有机肥源,经过加工处理可生产出高质量的有机肥料――垃圾堆肥和垃圾复合肥,具有积极的社会效益和经济效益.
4 发展植物肥料
豆科作物具有固氮基因,能有效利用空气中的氮素合成氮肥,为植物提供营养.因此发展豆科绿肥作物是缓解化肥短缺,提高土壤肥力的一大措施.应充分利用休闲田或空白地及间套混播等方式,种植与当地耕作制度相应的经济绿肥植物,确保绿肥稳定发展.
农业生产每年丢弃的废秸秆数量多、来源广,是一种可就地利用的优质有机肥源.因地制宜,采用多途径推广秸秆还田是缓解有机肥源及钾肥资源不足的有效措施.如实行秸秆覆盖、秸秆耕翻还田、秸秆过腹还田、秸秆沼气发酵及快速堆沤技术加速秸秆转化等技术,使农业废弃物在自身循环的过程中获得充分利用.
5 应用微生枷肥
在土壤地表下30～40cm的土层里,有一个庞大的微生物群落,它具有“天然肥料厂”的功能.如土壤微生物中的根瘤菌、磷细菌、硅酸盐细菌等,能分别通过其独特的功能,为植物提供氮肥、磷肥和钾肥.资料表明,1hm2土地在1年中根瘤菌所产生的氮素有150～225kg,相当于1500～1800kg硫酸铵的含氮量.微生物中有一种磷细菌,能分解一些含磷有机物,使磷变成可溶性磷,为植物提供可利用的磷肥.钾肥则可由硅酸盐细菌来提供,因为硅酸盐细菌能把含钾丰富的石块“咬烂”,使钾从石块中分解出来,溶解于水中,供植物吸收利用.
6 利用生化技术
随着科学技术的发展及遗传工程的应用,基因工程领域正在研究把豆科作物的固氮基因移植到非固氮的禾本科作物上.目前在改良根瘤菌的固氮能力和提高固氮菌系的结瘤能力方面已取得了较大的进展.如能在水稻、小麦、玉米等禾本科作物的根上也长出根瘤,便能有效地利用空气中的氮素,从而无需施用大量肥料就能获得稳产高产.
此外,分子生物技术也可以改良植物根际的其他共生或非共生微生物,以促进共生微生物的营养吸收或非共生微生物的营养循环,从而提高作物的营养利用率.
7 推广缓控释肥
在粮食增产众多因素中,如种、肥、药、械等,化肥的作用达40％～50％.化肥已成为我国农业生产中粮食作物稳产高产的重要生产资料之一.
被称为21世纪新型肥料的缓控释肥,是节本增效型肥料、品质提升型肥料、资源节约型肥料和环境友好型肥料.缓控释肥作为一种环保型的高新技术产品,具有提高化肥利用率、降低化肥使用量、减少施肥次数、节省劳动力、减轻环境污染、提高农产品品质等诸多优点,是科学施肥技术的载体和肥料发展的一个重要方向.
研究开发缓控释肥已引起了国家有关部门的高度重视,列入了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》,成为国家未来15年科技发展的优先主题.
二、农药污染防治
农药污染系指由农药本身及其代谢产物给生物和整个环境所造成的污染.农药是人类主动投放到环境之中的一类有毒的化学物质,从20世纪40年代初开始,有机合成农药开始在农业生产中大规模推广应用.目前,全世界使用的农药主要品种已有300多种,每年使用的农药量已超过300万t.农药应用范围也在日益扩大,从开始的植物病虫害防治,扩展到了除草、植物生长调节等诸多领域.
农药对大气、土壤、水体的污染,对环境质量的影响十分严重.农药污染的生态效应十分深远,对生物多样性的影响尤为严重；农药对人体健康也已造成危害,如“三致”(致畸、致癌、致突变)作用、生殖功能受损等.据报道,美国农药污染造成的经济损失,每年高达百亿美元.在农业生产中,如果对农药使用不当或者长期大量使用,必将污染环境和农产品,对人类健康、生物安全、生态平衡等,都产生十分不利的影响.因此,采用绿色技术防治农药污染,是实现农业可持续发展的重要措施之一.
1 合理使用现有农药
首先搞好植物病虫害的预报工作,合理调配农药,改进农药性能,改善施用方法,使用药及时适量,以充分发挥药效和减少环境污染.其次是混合和交替使用不同的农药,以防止产生抗药性并保护好害虫的天敌.再次是对常用的化学农药,特别是高残留、毒性大的农药应严格控制其使用范围、使用量和使用次数等,这既可以达到有效防治作物的病、虫、草害之目的,又可以减少农药对土壤及农产品的污染.
2 开发高效低毒农药
为了取代剧毒、高残留的现有农药,以减少农药对环境的污染,绿色化学化工的任务是着力开发在环境及生物体内易降解、对自然生态系统不产生破坏作用的一类新农药,目前发展的拟除虫菊酯类农药、氨基甲酸酯类农药属于较为理想的新农药.
3 研究开发生物农药
由于化学农药污染严重,世界各国十分重视生物农药的研究和开发,因此,农作物保护的发展趋势是从化学农药防治向生物农药防治转化.生物农药是利用生物体本身或由生物体产生的生理活性物质,作为杀虫剂、杀菌剂、除草剂,对特定的病、虫、草害产生作用的安全性高的一类新农药.
4 研究开发物理农药
研究开发作用机理完全不同于化学农药的另一类全新农药――物理农药,是绿色化学化工的新热点.最近美国推出了一种新型的物理杀虫剂,它是通过药剂的物理性质对害虫进行杀灭,而对人畜没有毒性.该杀虫剂为纯天然物质,是以硅藻土类为原料而制成的极细的粉末产品.此微细粒子进入虫体后,主要通过两个途径损害虫体：一方面是虫体表面被破坏,体液易蒸发,此物理杀虫剂微粒能吸收3倍于自身质量的水分,只要失去10％的体液,昆虫就会死亡；另一方面是物理杀虫剂微粒进入虫体后,会导致昆虫呼吸、消化、生理、运动系统功能紊乱.该产品只对冷血的昆虫和鱼类起作用,而对人畜无害.
这种物理杀虫剂除了用于杀虫之外,因它含有丰富的矿物质和微量元素而可作为动物饲料添加剂,能增强动物骨质结构、提高抗病能力、祛除动物粪便臭味等.
5 培育抗病虫害作物
植物抗病虫害基因工程在国内外受到普遍关注,已成为植物基因工程研究和应用的热点.采用常规育种方法选育抗病虫害作物品种是相当漫长和十分困难的,基因工程技术的发展为培育抗病虫害作物品种提供了新的手段.
利用基因工程手段培育抗病虫害作物品种,除了可利用存在于植物中的抗病虫害基因之外,还可以利用某些动物、微生物中的抗性基因,将其重组到植物染色体上,并使之在植物体内特定地遗传及表达,从而产生抗病虫害性状,开辟了植物抗病虫害作物育种的新时代.
6 综合防治病虫草害
实践证明,单纯依靠某一种方法不但不能解决植物保护问题,而且还会污染环境和污染农产品.因此,在防治作物的病虫草害时,需要研究新的杀虫途径,采取综合防治的方法,联合或者交替使用化学防治(化学农药)、生物防治(生物农药)、物理防治(如灯光诱杀、放射不孕、物理杀虫剂等)、农业防治(如培育抗病虫害作物品种、加强植物检疫、提高栽培管理技术、改进耕作制度等).
三、废弃物污染防治
农业废弃物污染主要是指塑料农膜残留所导致的污染,以及秸秆、壳秕、牧场畜类垫草等所造成的污染.
塑料在农业生产上有着广泛的应用,但是,大量塑料残留在农田、林区和水体中,不断积累,逐渐形成阻隔层,造成“白色污染”,影响作物根系对水肥的吸收,影响生物和微生物的生长发育,从而制约农业的发展.由于废农膜极难自行分解,滞留于田间地头很不利于耕作,农膜残片对土壤的容重、含水量、孔隙度、透气性、透水性等都有显著的影响,残片越大影响越大,废农膜残片还破坏土壤结构而使土壤保水保肥能力下降,妨碍作物根系生长和土壤中水分、空气、营养元素的正常分布运行.据来自湖南的调查表明,使用地膜1年的地块,每公顷残留地膜片约为32.55kg,使作物减产6.43％,连续使用5年地膜的地块,每公顷残留废膜325.35kg,使作物减产24.70％.此外,农村以往焚烧秸秆等农副产品,既造成资源浪费,又造成环境污染.因此,采用绿色技术开发应用可降解塑料,大力推广秸秆等农副产品的综合利用,是防治农业废弃物污染的有效措施.
1 开发可降解塑料
目前国内外出现了多种生物可降解塑料,在众多生物可降解塑料中,采用微生物发酵法生产的聚-β-羟基烷酸(简称PHAs),成了当前关注的热点,其中聚-β-羟基丁酸(简称PHB)、3-羟基丁酸与3-羟基戊酸的共聚物(简称PHVB)等是研究和应用最为广泛的两种.
一般的合成塑料完全降解大约需要100年左右,而PHAs制成塑料在自然界中则仅需9个月即可完全降解.在自然界中,能降解PHB的微生物很多,包括细菌、霉菌、放线菌等.目前,已利用基因工程手段将PHB胞外降解酶基因进行克隆表达,随着对PHB降解机制的进一步研究,不久将能开发出高效可降解PHB的
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;微生物制剂,并应用于垃圾处理厂和使用于农膜的农田中,将获得显著的经济效益和环境效益.2 秸秆的资源化利用
我国的秸秆资源非常丰富,来源广泛,包括麦秆、稻秆、玉米秆、土豆秧、红薯藤、无毒野草以及青绿水生植物等,每年农作物的秸秆产量约5亿t.
目前,秸秆利用的主要方式是秸秆还田,我国大部分地区把秸秆直接还田,发达国家也采用直接还田的方式,英国、美国的秸秆还田量占总量的65％以上.
秸秆的另一利用途径是生产秸秆饲料,我国目前用作饲料的秸秆约占总量的1/3,用秸秆加工饲料可采用氨碱处理法、复合处理法、微生物发酵法等几种方法.其中微生物发酵法加工的饲料质量较好,这是由于高效复合菌的作用,使木质纤维类物质大幅度降解,同时高效复合菌分泌大量的酶及一些生物活性物质,提高了牛、羊胃中微生物纤维素酶和解脂酶的活性,因此使麦秸饲料干物质的体内消化率比一般麦秸饲料提高20％以上,粗纤维体内消化率提高40％以上,有机物体内消化率提高30％左右.
3 植物纤维水解利用
植物纤维是一种可再生的数量巨大的潜在资源,目前世界各国对这一潜在资源的利用大约只占地球上植物纤维总量的0.5％.常见的农业植物纤维资源有麦草、稻草、稻壳、玉米秆、高粱秆、花生壳、棉籽壳等.
20世纪60年代以来,纤维素和半纤维素生产酒精的研究取得了重大突破,纤维素和半纤维素已成为最有潜力的酒精生产原料.
目前对纤维素酶合成的遗传调控和酶催化的分子机制的研究已取得较大进展,可望通过遗传工程,提高一些微生物的纤维素酶与半纤维素酶的生产能力,从而将这些微生物应用于农作物纤维废物的生物水解处理与利用.将纤维素完全水解成葡萄糖的难度很大,目前应用的纤维素酶只有部分降解功能.因此,遗传工程中的一个重要课题是利用基因技术对纤维素酶进行改良,以实现纤维素完全水解成葡萄糖,一旦取得成功,这将使植物纤维废弃物变废为宝,其意义将是划时代的.
4 生产单细胞蛋白
1967年在美国麻省理工大学召开了第一次世界SCP(单细胞蛋白)会议,确认了开发SCP是解决粮食饲料问题的重要途径之一.会后20多年,SCP的研究得到了飞速发展,并成为一门新兴产业.
单细胞蛋白简称SCP,是指通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白.用于生产SCP的单细胞生物有微型藻类、酵母菌类、真菌等,这些单细胞生物可利用各种基质,如碳水化合物、碳氢化合物、石油副产物、氢气及有机废水等,在适当条件下生产单细胞蛋白.
菌体中蛋白质的含量随所采用的菌种类别及培养基质而异,一般单细胞蛋白质的含量高达40％～80％.
生产单细胞蛋白的原料来源十分广泛,农村的农业废弃物是一类数量很大、而且是可以再生的资源,如秸秆、壳秕、牧场畜类垫草等都是很廉价的原料,这同时也解决了农业废弃物对环境污染的问题.
四、发展生态农业
人们认识到,按自然界的生态模式来规划产业模式,才能从根本上解决资源、能源和环境的可持续发展问题.生态农业重视有机物的循环再利用,一次投入多次收益,方法简便易行.如：建造沼气池、实行秸秆还田、办种植养殖和加工一条龙企业.实践表明,猪饲料中掺入一定比例的鸡粪或牛粪,可节省饲料20％～30％,而猪的生长可加快.畜禽粪便循环利用途径主要有：饲料养鸡－鸡粪喂猪－猪粪养鱼－鱼粪肥田增产饲料；牧草饲料喂牛－牛粪喂猪－猪粪养鱼－鱼粪肥田增产饲料.此生态农业生物循环链可以起到明显的环境保护和增产增收效果.
为了发展高产高效的绿色农业,应积极研发、吸收、应用和推广国内外先进的绿色技术,努力避免农业生产给环境带来污染,维护农业生态平衡,使农业生产走上可持续发展之路,加快建设好资源节约型、环境友好型社会,让我国农业的发展充满勃勃生机,为我国经济发展创造一个良好的生态环境,为子孙后代留下美好的家园.