农业水土污染:机制、评估技术与可持续缓解策略的最新研究进展

《Water》:Water and Soil Pollution from Agriculture: Mechanisms, Assessments and Mitigation Strategies

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月19日 来源:Water 3.5

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   1. 本期专题简介化学肥料和农药的过量使用,加之不良的土地管理策略,使得农业实践成为土壤和水污染的重要来源 [1,2]。本期专题深入探讨了"农业水土污染:机制、评估与缓解策略",研究了包括硝酸盐、磷酸盐、重金属污染物和农用化学品在内的农业污染物在农业环境中的迁移与转化过程

  

1. 本期专题简介

化学肥料和农药的过量使用,加之不良的土地管理策略,使得农业实践成为土壤和水污染的重要来源 [1,2]。本期专题深入探讨了"农业水土污染:机制、评估与缓解策略",研究了包括硝酸盐、磷酸盐、重金属污染物和农用化学品在内的农业污染物在农业环境中的迁移与转化过程,强调利用遥感、模型和生物监测等先进评估技术来确定污染程度及相关环境危害的重要性。此外,各篇文章提出了一系列创新的应对方案,如先进的耕作技术、生态修复、保护区建设以及监管措施,旨在促进可持续农业实践 [3,4]。
经过严格的同行评审程序,共批准五篇开创性研究论文发表(贡献1–5)。这些文章探讨了各种主题,包括用于预防面源污染的新型纳米气泡灌溉技术、将农业废弃物转化为提高水和养分效率的手段,以及利用SWAT模型模拟非点源污染时空分布规律等。研究还运用污染物排放系数法和等效污染负荷法,考察了农业非点源污染的演变趋势,评估了农民的土壤施肥技术及其相关的含氮水污染风险。为使读者对本专题有更清晰的认识,我们概述了各篇已发表文章的关键要点。

2. 本期专题各篇贡献概览

在循环农业全生命周期中纳米气泡灌溉的可持续性方面,Arablousabet等(贡献1)通过整合受控实验室实验、生命周期评估(LCA)以及专家指导的多准则决策方法,评估了纳米气泡富集水(NBSW)在农业灌溉中的可持续性。研究结果表明,纳米气泡制备过程中的能源消耗是影响环境的主要因素,而养分淋溶的影响较小。空气纳米气泡和氧气纳米气泡疗法展现出相似的生命周期特征。传统灌溉方式虽降低了电力消耗,但增加了沙质土壤中硝酸盐的淋溶,加剧了富营养化的威胁。专家评估表明,若要未来推广NBSW,关键在于降低能耗并提升运行可靠性。本研究提供了全面的生命周期数据,支持纳米气泡技术作为循环农业实践中的一项可持续创新。
Qi等(贡献2)研究了鸡粪与尿素联合使用结合精准灌溉技术,考察了不同灌溉水平下对土壤养分含量、生菜生长及品质的影响。研究确定了最佳参数为田间持水量的75%–78%,粪尿与尿素氮比例在7:3至1:1之间。在这些条件下,关键指标——如有机质、铵态氮、硝酸盐氮、生菜鲜重产量、可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素及其他重要指标——均超过其潜在最大值的90%,同时硝酸盐含量保持在安全阈值内。研究结果支持利用粪肥资源和优化的水肥策略来可持续种植叶菜。
Chen等(贡献3)利用SWAT模型评估复合非点源污染,模拟了中国亚浦港流域农业和城市面源综合污染的时空分布。模型的率定与验证结果显示,径流量的R ≥ 0.85、NSE ≥ 0.84,总氮(TN)和总磷(TP)的模拟结果也表现类似。污染水平与降雨直接相关,在暴雨洪峰期间达到最高。污染浓度从上游到下游客观递增,下游子流域贡献了36%的TN和TP负荷,是关键来源区域。通过综合管理措施——减少化肥施用、优化城市雨水利用、建立植被缓冲带以及设置草地排水沟——TN和TP分别降低了57.9%和50.4%。
Tan等(贡献4)利用排放系数法和等效污染负荷法,研究了2014至2023年间黄河流域八个省份农业面源污染的演变趋势。区域总污染量从494万吨上升至745万吨;然而,过去五年的增长速度显著放缓,单位面积污染强度下降了15%–40%。化学需氧量(COD)是主要污染物,占比超过90%。与此同时,畜禽养殖已超越种植业,成为污染的主要来源。污染热点由下游向中游和上游转移,区域差异有所缩小。作者建议针对不同区域和污染源制定差异化策略,以实现农业污染与经济发展的分离。
关于贝宁Ouémé河流域农业养分使用及农民对含氮水污染的看法方面,Gbedourorou等(贡献5)利用176户家庭的调查数据,结合Logistic回归与决策树分析,评估了低地水稻种植户的施肥习惯及其对相关风险的认知。氮肥的典型使用量为每公顷79.4公斤,超过了60公斤/公顷的推荐水平。值得注意的是,75%的农民过量施用了尿素。仅有16%的农户采用了可持续施肥做法。接受过水污染培训且熟悉肥料政策的受访者,其采用可持续农业做法的可能性是未接受培训和缺乏政策了解者的36倍。尽管60.8%的受访者注意到了富营养化现象,但仅34.1%将不适当的施肥与水质污染联系起来。研究结果揭示了知识与行为之间存在的显著差距,凸显了开展针对性推广活动的必要性。

3. 结论

本期专题收录的文章将吸引关注农业水土污染的学者、决策者和从业人员。各篇研究涵盖了广泛的地理环境,从中国的集约化农业到贝宁的小规模低地水稻种植。研究方法多样,包括生命周期分析、田间试验、流域模拟、区域统计评估和社会调研。核心发现强调了高效纳米气泡技术的重要性、精准灌溉条件下优化的粪肥与尿素配比、复合非点源污染的综合管理、主要流域的区域差异化管理策略,以及针对农民开展的教育项目以缩小知识与行为的差距。我们期望本期专题所提供的思路与方案能够推动更多研究和行动,促进可持续农业发展和保障水质安全。
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