生态经济效益显著的污水灌溉

当前，我国资源相对不足已成为制约我国经济社会发展的突出矛盾。党的十六大和十六届三中、四中全会提出重视节约资源、保护环境和安全生产，大力发展循环经济，建设节约型社会已迫切地摆在了我们面前。我国是农业大国，农药和化肥的施用量排名世界第一，过度使用农药及化肥，严重地污染了河流、湖泊和土壤，使土地受到侵蚀而严重衰竭，加重了水土流失，加速了土壤的熵过程。

我国水污染治理问题由来已久，在今后30年内，要使水污染得到根本性的改善，除了需要全面调整经济和城市的发展模式外，发展一种低费用、低能耗的污水－土壤循环圈，利用污水灌溉，是加快改善水污染，特别是解决北方缺水地区的水污染和水文生态恶化的根本出路。

我国水污染治理面临的困境

我国20年来水污染的趋势是：局部有所改善，整体上仍在持续恶化。特别是近10年来，水污染持续恶化的速度有加快的趋势。2002年与1993年相比，七大流域的水质断面检测表明，失去任何利用价值的劣5类水质增加2倍多。淮河流域水污染治理投资600亿元，2004年劣5类水质断面达60%，比2002年高出36%。20世纪90年代中东部地区的湖泊全部遭受富营养化污染，80年代的10年中，近海海域赤潮发生频率28次，而2002年一年中赤潮发生79次。因此可以认为，我国水污染是大规模的、普遍的和严重的。

由于我国在人口、工农业主要产品和化肥施用量等方面已成为世界第一大国，所以对一些湖泊的氮和磷污染物的检测表明，仅来自农业氮、磷贡献量均占50%以上，即使全部污水进行了二级处理，由于来自农业面源污染的贡献量，湖泊与海域的富营养化污染将持续恶化的危险依然存在。因此，我国水污染治理将陷入极大的困境，是一个难以应付的严峻挑战。

假如2030年我国城镇人口达10亿以上，按污水处理率达到美国1996年的处理水平（72%），发生的运营总费用占GDP的2%时，届时我国的水污染治理总费用（含工业）将占GDP的10%左右；按日本城市污水处理发生的费用，则我国仅城市污水处理的年费用将占GDP的5%左右。显然水污染治理费用将成为我国经济上难以承受的沉重负担。

污水――土壤循环新概念

《墒》一书指出，土壤有强大的净化能力，每盎司肥土里含有几百万个细菌、真菌、水藻、原生动物以及微小的无脊椎动物，如蚯蚓和节肢动物等，所有这些生物体对保持土壤的肥力和结构起着重要作用。杀虫剂正在摧毁这些生物的栖息地，大大加速了土壤的熵过程。其结果是土地严重衰竭，并受到侵蚀，加重了水土流失。很多浪费掉的能量四处散逸，污染了河流、湖水和土壤。一半以上的水源污染归咎于化肥流失所引起的硝酸盐污染。

20世纪70年代，前苏联和美国的专家们就提出，取自土壤的营养物质应还给土壤的生态学观点。近几年来，一些专家分析了水污染和石油农业中出现的困惑，又强调这一生态学观念。1999年UNDP淡水高级顾问安德逊提出“利用污水灌溉农田比使用化肥更安全”的观点。《水危机》一书强调指出：“污水进入土壤，雨水进入河道”的主张。

上个世纪70年代初，美国从物质流的原则，对城市污水三级处理工艺的评价结果：污水处理过程中投入的资源量大于原从污水中去除的污染物量，结果是净化了水体污染了土壤和空气，使环境陷入恶性循环，进一步论证《墒》一书中“技术不是一种力量，只能是能量的转化器”的观点。

目前我国的水污染治理可能是一个恶性循环圈，在今后的30年内，要使水污染有根本性的改善，除了需要全面调整经济和城市的发展模式外，发展一种低费用、低能耗的污水－土壤循环圈，将是加快改善水污染，特别是解决北方缺水地区的水污染和水文生态恶化的根本出路。

污水－土壤循环经济的最大效益是：把取自土壤的营养物质返回土壤，从而减少入河污水量及其处理费用，减少城市污泥的处置，同时可以达到改善土壤有机质、节约新鲜水资源、减少化肥施用量及其对水体的污染等多种效益的目标。因此，利用土壤净化污水，利用污水滋养土壤，是一项生态经济效益十分显著的循环经济工程。

石油农业――化肥面临的生态问题

矿物化肥增加了粮食产量，但带来了一系列的生态问题。在《墒》一书中，从能流的观点指出：“仅是为生产一个270卡的玉米罐头，就得耗费掉2790卡的能量，即在整个过程中，用掉10卡能量，方可生产出1卡能量的食品（表1），其中大部分能量消耗在农机使用上以及满足庄稼的化肥和杀虫剂的需要上。”

杀虫剂和化肥的施用大大加速了土壤的熵过程，使土地有机质衰竭并受到侵蚀，加重了水土流失和水污染。我国一些地区调查表明，由于绿肥施用量由1975年的990万公顷降至1990年的420万公顷，减少1/2多，使土壤中的有机质由数十年前的约9%降至目前的约3%。1995年我国化肥施用量3592万吨，占世界总施用量的28%、亚洲的53%和美国的1.8倍，单位面积施用量是世界平均的2.1倍，亚洲的1.72倍，美国的1.26倍（表2）。随着化肥施用量的增加，其利用效率将逐年降低，而化肥流失量将不断增加。近20年，我国化肥施用量增加了2倍多，而单位化肥的产粮只增加44%，即化肥效率减少56%（表3）。

2000年全国化肥施用量4145万吨，而且约76%施用于占国土面积不到30%的中东部地区，这个地区的农田平均每公顷施用488公斤，远超过发达国家为防止水污染而设置的界限的2～3倍。据有关资料，我国化肥的平均利用率仅40%左右，低于发达国家10～20个百分点，有的地区氮肥利用效率仅30%。据统计，1984～1994年氮素化肥的损失率达45%。上世纪80年代中期，河北省由于水土流失，每年流失氮、磷、钾肥约155万吨以上，相当于全省全年化肥产量的42%。

20世纪90年代，我国中东部地区的湖泊全部遭受富营养化污染。据统计，来自农田的污染占湖泊总污染量的比为：太湖氮污染占60%，巢湖主要污染中约70%的总氮和50%的总磷来自农业生产。此间，全国污水排放量只增加45%，而化肥施用量增加2.3倍。农田的污染可能是我国近海赤潮污染的主要污染源之一。

我国京津塘69个乡镇的地下水饮用水中，有一半以上硝酸盐含量超标，主要是氮肥所引起，这说明氮肥对地下水的污染远超过污水灌溉的污染，农田化肥流失已成为地下水主要污染源。

污水灌溉的生态效益

污水农业利用可以达到低费用、低能耗的污水处理费用，同时改善土壤生态和水污染的多重生态经济效益。城市污水中含有大量有机物和营养物质，利用污水灌溉可增加土壤的有机质和营养物质，污水灌溉6年后土壤20厘米深处的有机物含量是灌溉前的7倍。污水灌溉可提高土壤中的肥力，资料证明，污水灌溉26年后，土壤中的氮、磷、钾含量可分别提高3、4和6倍多。

我国20世纪80年代，统计的每吨城市污水的氮、磷、钾含量为0.088公斤，目前全国污水总量约500亿吨，相当于440万吨化肥。1980年我国污水灌溉面积约120万公顷，灌溉污水量33亿吨左右，相当于提供硫铵和磷酸钙化肥约46万吨，增产粮食126万吨，90年代污水灌溉面积比80年代初增加1.7倍。目前我国污水灌溉农田面积330余万公顷，污水灌溉面积占全国总灌溉面积的7.3%，主要分布在海、辽、黄、淮资源短缺的四大流域，而且占总污水灌溉面积的85%。

土壤有强大的净化能力

发达国家实践证明，传统的二级处理不能根本解决水污染，只能延缓水污染的进程。20世纪90年代初，几个发达国家的城市污水三级处理率占总处理率（服务人口与总人口比）为：瑞典93%、瑞士70%、德国56%、芬兰87%、挪威75%，美国和加拿大分别为39%和44%。

综合世界各国的城市污水灌溉与传统二级生物处理效果相比，前者对氮、磷、钾的去除率分别是后者的2.2倍、3.3倍和4.3倍。因此，污水农业灌溉完全可以代替污水三级处理。

污水――土壤循环系统的优势

传统的处理方法去除污水中的营养氮和磷营物，需要昂贵的设备、化学品、能耗和费用。污水土地处理系统可以达到同样的处理水平――三级处理，土地处理的能耗只有传统处理的约1/10，基建投资为1/2～1/3，运行费用为1/3～1/5。

污水农业灌溉工程基建投资（包括污水预处理、污水储存库和污水灌溉系统）可能低于缺水地区的远距离引水、水库建设或农业节水设施的水源工程投资。它与新水源工程比较：

南水北调中线工程中，北京市用水的吨水成本将达6～8元，而目前城市污水三级处理的成本不超过1.5元；我国某省一个农业节水改造项目，包括管道、防渗渠、配套渠系构筑物、各类抽水站和喷滴灌等工程设施的项目预算，平均每亩需要投资1452元，而亩均净增加灌溉供水仅10m3，即吨水的基建投资高达145元多，约是城市污水二级处理投资的近30倍。因此在许多地区应首先把城市污水作为农业水源更符合生态经济原则。

发展污水灌溉系统存在的问题

污水农业利用已几百年的历史，其生态经济效益是明显的，但为什么生态经济工程没有全面推广？调查分析认为，存在的主要障碍是：

1．农民不愿意改变已经形成的农田种植管理方式；

2．顾问公司缺乏农业灌溉的设计经验；

3．关于对污水灌溉存在的环境和公共卫生的争论。

上个世纪60年代，我国曾开始有组织地发展过较大规模的污水灌溉工程，由于利用未经任何处理的钢铁、石油化工废水直接灌溉，以及灌溉工程不够完善，导致了对土壤和农作物的污染。1980年调查表明，全国污水灌溉面积1900万亩，有65%的农田遭受不同程度的污染，其中8.4%因污染而失去利用价值，有的地区灌溉水稻引起镉米问题，但所有灌溉地区并未引起流行病问题。所以污水灌溉导致的污染是由于水质和灌溉系统混乱所引起的。

我国除存在认识上的因素外，还存在着管理体制的障碍。农业水源工程、农业灌溉系统和污水处理利用设施，分别属水利、农业、城建和环保等部门。有人形容我国的污水系统存在着“井水不犯河水”或形成了各谋其政的独立王国。

在发展中国家的水规划中往往不包括污水用于农业的计划，使城乡居民面临风险，世界银行的专家指出：“在干旱气候条件下，即使没有回用计划和回用主管部门，出于经济需要肯定也会回用废水，但却不会有足够的卫生控制。当地农民私自接入城市污水截流管道，偷水灌溉作物的实例不胜枚举。另外，间接回用无处不在，高度污染的河水常常作为大型灌溉项目的主要水源。”在我国农民偷污水灌溉的例子同样比比皆是，20世纪80年代以来，我国污水灌溉的面积持续扩大，90年代的污水灌溉面积已达330万公顷，比80年代增加了1.7倍，主要分布在海、辽、黄、淮资源短缺的北方四大流域，占污水灌溉总面积的85%。有的地区农民利用污染严重的工业污水灌溉几十万亩水稻田，明知道存在着污染，但在没有污水就没有粮食的自然条件下，污水成为农民生产粮食的根本生计，成为社会的稳定因素。因此，污水农业利用是一种不可阻挡的必然趋势。

污水灌溉任重道远

美国著名的世界观察研究所副所长、全球水政策项目负责人珀斯特尔，走遍中东和考察世界许多国家后指出：“污水回用主要障碍是心理上的，不是技术上的。城市污水大规模地回用于农业有可能获得最大的利益。水污染、水短缺、水传播疾病三位一体，给现今的世界带来无穷烦恼。各级政府、开发部门、工程建设人员长期努力，大力推动污水低成本处理与灌溉相结合，才有可能解决这个问题。”

在水污染治理方面，我们要充分认识所面临的困境，假如采用传统的技术路线，在今后20～30年内，治理10亿人口的城市污水，特别是将发展数以万计的小城镇污水和污泥处理，要迈过治理费用的门槛，将是异常地艰难。

可以肯定地说，随着社会经济的发展，即使全国城市污水全部达到传统的二级处理水平，由于不完全的生物处理和来自农业、农村和城市的面源污染源的贡献量，近海海域、中东部地区湖泊的富营养化污染和稀释能力低的北方水系，水污染持续恶化的危险依然存在。因此建立污水－土壤循环净化系统，并利用土壤回收污水中的有机物和营养物，是有效和尽快地解决我国一些地区水污染的根本出路。