堆肥中氧化亚氮研究进展论文

一、日本农业现代化过程中的环境问题 在明治中期以前, 日本还是个农业国,农业人口占总人口的一半以上,当时农民过着自给自足的生活。为了同自然灾害作斗争, 从水灾和旱灾中夺粮,比较重视水土保持和山林的作用。20世纪50年代以来,随着经济的发展,工业技术革新的成果不断进入农业领域, 促进了农业技术革新和农业生产力的发展;同时也产生了许多负面效应, 使农业环境恶化。主要表现在: 1.土壤污染。据日本1970~1980年的调查, 有害物质超标的被污染农业用地有124个, 面积为6350公顷。土壤中的超标物质有镉、铜、砷等, 尤其是镉的超标十分普遍,镉超标的土壤占污染田地面积的90%左右。由于长期使用化肥, 使土壤板结, 缺少空气,土中微生物难以繁殖, 致使地力减退。使用化肥虽然可以使当年的产量有所增加,但是地力却在逐渐减退,下一年必须使用更多的化肥及农药, 如此形成恶性循环。一位日本学者认为,即使现在停止使用化肥及农药, 那么日本大地要恢复到40多年前的自然状态, 也要花200年的时间。18 2.农药、化肥等残留物污染。日本为了提高农业生产率, 防止病虫害、草害, 发展设施化农业,农户大量使用化肥、农药和农用薄膜。据统计, 化肥( 氮磷钾) 需要量1950年为68.5万吨, 1987年为203.6万吨, 后来虽然波动式下降, 但1991年还保持在191.6万吨的水平;农药( 杀虫剂、杀菌剂、杀虫杀菌剂、除草剂) 的上市量在1965年以后迅速增加, 1980年为68万吨, 此后逐年减少, 1991年为49万吨;农用薄膜上市量表现为波动式缓慢增加趋势, 1983年约为1 200万吨, 1990年达到1600多万吨, 此后有所下降。大量使用化肥、农药成为农业环境的一大污染源,也降低了农产品的营养成分,使用农药使农产品中的矿物性营养素含量大大下降。而且在施用农药时每年都有上千人中毒, 1986年竟高达2 631人。 3.农畜食品加工排除物污染。日本食品制造业的产值占制造业总产值的10.2%( 1990年) ;在食品制造业总产值中, 畜产食品制造业占15.3%, 果蔬、罐头、农畜冷藏食品占2.9%,动植物油脂制造业占2.4%。[2]( P271) 这些以农牧产品为原料的食品加工业,在生产过程中排出的动植物残渣比较容易再利用, 但是, 污染占很大部分,将其以堆肥等方式实现再利用的比率不足10%,其余部分得不到适当处理, 造成污染。 4.牲畜粪尿污染。出于传统习惯等原因, 日本人一般偏好国产畜产品( 如日本牛肉) ,加上平衡国际贸易的需要, 其畜牧业发展比较平稳。从饲养头数看, 肉牛1965年为188.6万头, 1985年为258.7万头,1992年为289.8万头, 平均每年增加1.9%;同期, 奶牛分别为128.9万头、211.1万头、208.2万头, 平均每年增加1.7%;猪的饲养头数分别为397.6万头、1 071.8万头、1 096.6万头,平均每年增长1.7%。这些家畜排出的粪尿约占产业废弃物的二成, 其中多数可用来作堆肥加以利用。但是,这类排出物集中有一部分处理不适当,从而造成环境污染问题。1982、1985、1993年,来自畜牧、养猪、养鸡场的公害事件分别为3 975件、3 622件、2 156件, 在典型7种公害(大气污染、水质污染、土壤污染、噪音、振动、地壳下沉、恶臭)中分别占7.5%、7.1%、5.0%。虽然逐年呈下降趋势, 但是在公害发生源的19分类中仍处于前5位。 5.水质和水环境污染。战后在工农业现代化的过程中,日本的水质和水环境污染比较严重。截至1988年1月, 日本遭受水银污染的有9个水域,多氯联二苯污染1个水域, 生物碱合成农药污染7个水域。水质污染使农业严重受害。1970年,由于水污染而导致农田被害5公顷以上的地区约有960个,被污染田地面积约100公顷以上。从农业用水的污染源来看, 大致可以分为:矿山、温泉、工厂、城市污水、自然污水及其他。到1985年9月1日, 受上述污染源之害的地区有1 067个, 面积为88 738公顷。从水环境看, 据1995年的《环境白皮书》反映, 日本有1 /4的水域呈有机污浊状态,未达到环境标准。尤其是湖沼等封闭性水域及市内河流的污浊状态亟待改善,地下水中也检验出有机氯化物。这种水环境变化致使农用水质下降。 6.水田中产生的甲烷污染大气。水田、沼泽地、低湿地及土壤中草木腐烂, 经微生物活动可以产生甲烷。据研究计算, 在释放进大气中的甲烷当中,来源于水田的约占14～39%。此外, 施用无机肥也污染大气。据日本农业环境技术研究所的研究,一氧化二氮是由土壤中微生物的活动而生成,通过无机氮肥的施用以及有机废弃物的燃烧而释放出来。一氧化二氮释放量根据土壤及作物的种类及施肥管理的好坏而异,但是施肥中的氮大致有0.01%变成一氧化二氮释放进大气之中, 污染了大气。 二、日本解决农业环境问题的对策 日本为了治理和预防农业环境污染,促进农业可持续发展, 制定了各种专项法规和制度,采取了许多比较有效的对策。 1.探索绿色农业模式。日本鼓励根据各地区情况, 探索适合本地区发展的绿色农业模式,发展环保型农业。以北海道为例, 该地区在进人90年代以后开始探索绿色农业模式,即“有益于地球、人类、家畜和作物的北海道农业”。北海道倡导的绿色农业不是否定一切化肥、农药的有机农业,其目的是确立在国际化时代可以生存并持续发展的农业, 降低对地球环境的破坏,在环境容量内重新构筑农业生产技术。达到上述目的的手段是: 以与自然生态相协调为前提,努力实现下列系统目标: ( 1) 确定环境容量和环境标准; ( 2)掌握在环境容量内对生产技术环境、农业环境的影响; ( 3) 施用农药减少三成; ( 4)形成高度的病虫害观测预防体系; ( 5) 病虫害防治多样化、综合化; ( 6) 形成机械除草体系; ( 7) 施用化肥减少三成; ( 8) 有效地利用土壤诊断技术; (9)充分地利用本地区的有机资源; ( 10) 确立向绿色农业过渡的技术; ( 11)确立优质农产品生产技术; ( 12) 开发绿色农产品质量评价技术; ( 13)开发对绿色农业经营的评价方法。目前, 北海道已组织起跨试验场和部门( 7个试验场、25个学科)的共同研究开发组织, 探索绿色农业之路。 2.开展有机农业运动。有机农业运动是全球性提倡有机农业、环保型农业的运动。日本的有机农业团体主要有:日本有机农业研究会、保护大地会、主妇联合会、消费科学联合会、日本消费者联盟、日本生活协同组合以及由他们联合起来的全国消费者团体联络会。由他们组织发动的“有机农业运动”,对生产者来说, 是通过对“高投入农业”的反省, 以轮作、改造土壤、降低土壤消耗等方式,避免使用化学合成农药、化肥, 发展不破坏生态的“永续型农业”,从而保证农产品的安全性和生产者自身的安全; 对消费者来说,要对过去只求生活方便、无视季节的饮食生活进行反省, 转向“符合农村、农地的餐桌”。从这种意义上讲,日本的有机农业运动的目标不单是不使用农药、化肥,还包括对以往那种直接与土壤消耗、化学物质过多投入相联系的大型产地、单品大量生产以及农产品全年稳定供应的市场流通系统进行反思,形成生产者和消费者共有的新价值观, 共担风险, 推动有机农业运动。 3.开发低害农药, 加强农药的注册管理与使用指导。为防止农药对食物、水质及环境的污染,日本积极研究开发低毒农药。1971年以后, 根据修改后的《农药管理法》, 对农药的使用加强了限制, 1971年5月1日禁止销售滴滴涕, 1971年12月30日禁止销售六氯化苯。对毒性大、残留性高的农药按《农药管理法》实行严格的注册管理制。凡是要注册的农药,农药生产者或进口商必须将药效试验、毒性试验、代谢试验、残留试验、对环境影响试验等资料与注册申请书、药样同时提交农林水产省审查、注册。审查非常严格,而且特别重视安全性指标, 如作物、土壤残留农药标准, 对水产、动植物的毒性标准,水质污染标准等。现在日本注册的农药大约有6 000种牌号,从有效成分看约有450种化合物。除注册审查外, 农林水产省农业资材审议会下设农药施用安全小委员会,负责农药安全使用指导, 每年6月还举办“防止农药危害活动”,藉以提高全民的预防农药危害意识和环保意识。随着这种意识的提高及农药用量的减少(由1980年的68万吨降至1991年的49万吨) , 1986～1990年农药中毒、污染等事故下降一半以上。 4.实行特别土地改良事业, 治理土壤污染。特别土地改良事业主要是对被污染的土地采取排土、添土、水源转换等措施,并对其效果进行检验。到1986年度,已查出的污染地区累计为128个, 面积为7 030公顷。到1987年11月20日,已指定39个地区、4 340公顷土地为防止土壤污染对策地区, 对34个地区、3 120公顷土地实施了排土、添土、转换水源等治理污染的特别土地改良活动。已经完全落实治理措施的土地面积有3 540公顷, 占被污染地区面积的50.4%。在镉污染地区,在上述治理措施完成之前还采取了临时性措施, 以防止大米被污染。此外,为了掌握重金属对土壤的污染状况, 实施了土壤环境基础调查,制定了防止土壤中重金属蓄积的管理基准,力图使土壤污染防患于未然。 5.加强农业用水及水产管理。为了保证农业用水不受污染, 在全国范围内,对13个地区的大型农业用水的水资源进行了水质检查及污染原因调查。在农业振兴地区,为271个地区修建了农村污水处理设施,对水质受到污染需要采取紧急措施的66个地区实施了水源转换。此外, 为了保护渔业用水使其不受污染,开展了水银、多氯联二苯等有害化学物质对鱼、贝类影响的调查,并对预测方法进行了研究开发。根据《海洋水产资源开发促进法》在沿海水产开发区域组织调查,以防止水质污染。对于浅海区域因大规模开发而对水产资源及渔场环境造成的影响也进行了调查,并采取了监测措施。此外, 以濑户内海及琵琶湖等为对象, 建立了收集、通报有关红潮信息体制,并对渔场环境加以改善。 6.重视农业环境保护的研究。日本比较重视对农业环境的研究工作, 1983年12月1日成立了专门的农业环境技术研究所, 科研人员不仅负责研究、解决具体的环保技术问题,还负责对政府制定环保政策提出建议及理论根据20世纪50年代中期至60年代末,日本农业环境保护科研的重点是围绕污染物、污染源为中心所开展的一些调查研究, 范围还不广,课题数量也不大。20世纪70年代初至70年代末,科研的重点是研究农业生态系统对国土资源及对环境的保护作用。这一时期的科研工作有了较大的规模性、系统性与组织性,为农业环保工作奠定了坚实的基础。20世纪80年代初以来,日本对农业环境保护的研究重点由基础科研转向应用科研及农业环境质量的常规监测上, 科研课题数量很大,为日本的农业环境保护提供了有力的技术支撑。 7.重视植树造林, 改善生态环境。随着现代化、工业化、城市化的发展, 对木材的需求,特别是对进口木材的依赖性扩大,虽然国内森林采伐减少,但因大片的林地被改用于宅地、公共用地、娱乐用地, 故森林在不断减少, 大自然面临被破坏的危险。为了改善生态环境, 日本比较重视发展林业,曾于1964年制定了《林业基本法》, 根据该法成立了林业政策措施的咨询机构———森林行政审议会,提出林业经营目标, 即通过林业机械化, 扩大经营规模实现林业经营现代化; 改善林业结构,提高林业生产和经营技术;稳定林产品价格提高林业人员福利待遇等。1981年制定了《关于森林资源的基本计划》强调有计划开展人工造林活动。1986年又提出《森林行政的方向》, 决定加强林道网的建设。日本除了靠立法治林外, 还很重视从金融方面扶持林业经营。例如, 1988年度农林渔业金融公库就提供林业贷款680亿日元, 其中540亿日元用于造林。 8.开发利用农业环保技术, 推广农业环保典型,日本很注意提高农业环境治理和改善方面的技术含量。诸如利用生物技术、开发与生态协调的高效肥料使用化技术、残留农药简易诊断技术、土壤诊断技术、无农药无化肥栽培技术、侧条施肥技术、水旱田地形连锁抑制氮肥向水系流失技术,等等。环保技术的开发利用已颇见成效, 20世纪80年代末90年代初,生产有机农产品的农协已约占30%; 在推广有机农作物栽培的过程中,实行无农药无化肥栽培生产的大米占24%, 蔬菜占32%, 水果占15%。同时,日本还宣传、推广了不少环保型农业典型。例如, 滋贺县通过使用新施肥法保全水质,减少了20%的氮肥施用量和40～50%的氮肥流失量;神奈川县三浦市通过确立合理化轮作体系和引进抗线虫植物, 维护土壤生态环境;香川县大野原町设立堆肥中心, 利用林产废弃物和家畜粪尿制堆肥, 充分利用废弃物资源,减轻环境压力。这些典型地区的经验带动了农业环境治理和环保型农业的发展。三、日本农业可持续发展的经验 日本资源贫乏, 农业不可持续性问题尤为突出。从国家安全与经济发展角度考虑和从农民利益着眼,多年来对农业一直采取支持和扶助的政策, 促进国内农业的发展, 并充分利用其资源环境条件,着重发展环保农业。其主要经验是: 1.依法保障农业持续发展。日本政府根据农业发展各个时期的需要,通过经济立法把各种政策、目标和经济措施法律化。制定的法律既有延续性,必要时又及时进行修改。日本立法范围涉及广泛,如制定《农业基本法》、《农地法》、《土地改良法》、《种子法》等。日本还十分重视资源开发和保护,制定了一系列这方面重要法律,如《农业改良促进法》、《农村地域工业导入促进法》、《治山治水紧急措施法》、《国土综合开发法》、《农地调整法》、《关于出售国有土地等的特别措施法》、《日本国土调查法》、《关于农地转用许可标准法》、《地力增进法》、《森林法》、《水资源保护法》、《水资源开发促进法》、《沿海渔业整顿开发法》等。这些法律以农业基本法为基础,相互协调促进, 有力保障着农业发展目标的实现。 2.政府定位清楚, 管理目标明确。日本的农业决策管理部门如农林水产省、地方农业管理部门如农林部或农业环境经济部、农民组织如农协、农业市场如中央批发市场、农产品消费领域如生协、农业生产者如农户等在农业农村中角色定位准确,政府该干什么, 不该干什么, 十分清楚,井然有序。中央农林水产省主要负责农业发展的宏观决策、农业法规的制定、农业与农村基础设施建设、市场建设等。中央政府在各大区都有派驻机构,比如驻北海道的国家开发局,负责中央在地方的项目管理和实施。特别是日本的政府管理主要是政策和技术管理,有强大的技术力量和队伍。地方政府主要负责自己管辖范围的事情, 地方自治的能力较强。政府定位准确,管理有序, 为农业可持续发展提供了有力的行政支持。 3.重视政府对农业的投入, 增强农业的可持续性。日本政府对农业的投入是不计代价的全方位投入,不仅仅是在农业基础建设方面,也体现在对农村公共设施建设和农民素质提高的投入上。政府对农村道路建设、土地改良、环境保护、污染治理等,都给予投资或补助。对于农协为农民提供的农业技术试验或推广活动,也给予补贴。此外, 还对农业生产者提供低息贷款, 以促进农业的可持续发展。 4.重视农民组织农协的建设, 促进了环保事业的开展。日本政府十分重视农民自己的组织建设,农协成为农民与市场的桥梁,是农民利益的忠实代表。农业协会在日本是一个代表农民利益的实体组织,有自己的加工场所、技术开发和培训基地,甚至还有医院、银行和保险公司等。日本农业是建立在分散的、一家一户的、小规模经营基础之上的,这种生产方式具有一个致命的弱点, 即缺乏抗御自然灾害和市场风险的能力, 进入市场的门槛和成本太高,日本农协的建立很好地解决了这个矛盾,农协在贯彻政府农业政策、保护农业环境、化解经营风险、促进农业现代化和可持续发展方面,起到了十分重要的作用。 5.坚持科技兴农, 实施科技环保农业。日本政府和民间团体重视农业科技服务和技术开发培训,不仅反映在农协和生协都有自己的技术服务体系和培训渠道, 而且反映在农业高等教育和科研上。日本把科技作为农业翻身的突破口, 强调政府、民间、学校的配合,已在全国建立起由国立和公立科研机构、民间和大学三大体系组成的农业科研网络,科研成果显著。日本农业研究项目的设置, 既突出日本的国情、国家需求目标和重视技术开发与研究,又重视从实际问题中提炼科学问题,进行深入的理论研究, 面向环保, 为实现农业可持续发展提供了技术保障。 6.开发自然农业, 发展水田农业。日本在部分地区试行自然农业模式。农作物的栽培中,不施用化肥、农药等化学制品。目前, 日本的自然农业日益发达,所生产的“自然食品”日益增多。1987年日本政府还发布了自然农业技术推广纲要,为推广自然农业提供法律支持。水田农业是日本的另一种更普遍的环保农业模式。日本具有2 000多年的水稻栽培历史, 其水田农业与欧美国家的旱作农业相比,具有避免连作障碍、涵养水资源、防治洪水和土壤流失、控制地下水的硝酸盐污染及净化水质等功能。通过水旱轮作栽培,可以使聚集在旱地的无机氮肥和过剩的氯化物,在深水中经过脱氧和溶脱过程得到清除。因此,日本把发展水田农业作为发展环境保护型农业的重要措施。 7.高度重视农产品环境质量和有机产品认证管理。日本农业生产的主要目的是保证农产品市场供给与环境质量安全,因此不仅国内市场对普通农产品品质要求越来越高,而且还十分重视有机农产品认证管理。已经建立了一套完整的、严格的有机农产品认证制度和管理办法。任何人绝对不可能只凭交钱就可以领取有机农产品证书,认证机构也不可能随意操作发放认证证书, 而是由专家实地考察, 严格把关。日本农业现代化也经过一段曲折的道路,曾学习过不适合本国国情的经验。在农业现代化过程中也曾出现农业的高投入高成本以及农业生态环境恶化等问题。但日本很快总结教训,从本国山地多、田块小、水田多的国情出发, 调整并走出了一条自己独特的保持农业可持续发展的模式,值得中国在推进农业现代化过程中加以借鉴。