生態經濟效益顯著的污水循環灌溉

當前，我國資源相對不足已成為制約我國經濟社會發展的突出矛盾。黨的十六大和十六屆三中、四中全會提出重視節約資源、保護環境和安全生產，大力發展循環經濟，建設節約型社會已迫切地擺在了我們面前。我國是農業大國，農藥和化肥的施用量排名世界第一，過度使用農藥及化肥，嚴重地污染了河流、湖泊和土壤，使土地受到侵蝕而嚴重衰竭，加重了水土流失，加速了土壤的熵過程。

我國水污染治理問題由來已久，在今後30年內，要使水污染得到根本性的改善，除了需要全面調整經濟和城市的發展模式外，發展一種低費用、低能耗的污水-土壤循環圈，利用污水灌溉，是加快改善水污染，特別是解決北方缺水地區的水污染和水文生態惡化的根本出路。

我國水污染治理面臨的困境

我國20年來水污染的趨勢是：局部有所改善，整體上仍在持續惡化。特別是近10年來，水污染持續惡化的速度有加快的趨勢。2002年與1993年相比，七大流域的水質斷面檢測表明，失去任何利用價值的劣5類水質增加2倍多。淮河流域水污染治理投資600億元，2004年劣5類水質斷面達60%，比2002年高出36%。20世紀90年代中東部地區的湖泊全部遭受富營養化污染，80年代的10年中，近海海域赤潮發生頻率28次，而2002年一年中赤潮發生79次。因此可以認為，我國水污染是大規模的、普遍的和嚴重的。

由於我國在人口、工農業主要產品和化肥施用量等方面已成為世界第一大國，所以對一些湖泊的氮和磷污染物的檢測表明，僅來自農業氮、磷貢獻量均佔50%以上，即使全部污水進行了二級處理，由於來自農業面源污染的貢獻量，湖泊與海域的富營養化污染將持續惡化的危險依然存在。因此，我國水污染治理將陷入極大的困境，是一個難以應付的嚴峻挑戰。

假如2030年我國城鎮人口達10億以上，按污水處理率達到美國1996年的處理水平(72%)，發生的運營總費用佔GDP的2%時，屆時我國的水污染治理總費用(含工業)將佔GDP的10%左右；按日本城市污水處理髮生的費用，則我國僅城市污水處理的年費用將佔GDP的5%左右。顯然水污染治理費用將成為我國經濟上難以承受的沉重負擔。

污水——土壤循環新概念

《墒》一書指出，土壤有強大的淨化能力，每盎司肥土裏含有幾百萬個細菌、真菌、水藻、原生動物以及微小的無脊椎動物，如蚯蚓和節肢動物等，所有這些生物體對保持土壤的肥力和結構起着重要作用。殺蟲劑正在摧毀這些生物的棲息地，大大加速了土壤的熵過程。其結果是土地嚴重衰竭，並受到侵蝕，加重了水土流失。很多浪費掉的能量四處散逸，污染了河流、湖水和土壤。一半以上的水源污染歸咎於化肥流失所引起的硝酸鹽污染。

20世紀70年代，前蘇聯和美國的專家們就提出，取自土壤的營養物質應還給土壤的生態學觀點。近幾年來，一些專家分析了水污染和石油農業中出現的困惑，又強調這一生態學觀念。1999年UNDP淡水高級顧問安德遜提出“利用污水灌溉農田比使用化肥更安全”的觀點。《水危機》一書強調指出：“污水進入土壤，雨水進入河道”的主張。

上個世紀70年代初，美國從物質流的原則，對城市污水三級處理工藝的評價結果：污水處理過程中投入的資源量大於原從污水中去除的污染物量，結果是淨化了水體污染了土壤和空氣，使環境陷入惡性循環，進一步論證《墒》一書中“技術不是一種力量，只能是能量的轉化器”的觀點。

目前我國的水污染治理可能是一個惡性循環圈，在今後的30年內，要使水污染有根本性的改善，除了需要全面調整經濟和城市的發展模式外，發展一種低費用、低能耗的污水-土壤循環圈，將是加快改善水污染，特別是解決北方缺水地區的水污染和水文生態惡化的根本出路。

污水-土壤循環經濟的最大效益是：把取自土壤的營養物質返回土壤，從而減少入河污水量及其處理費用，減少城市污泥的處置，同時可以達到改善土壤有機質、節約新鮮水資源、減少化肥施用量及其對水體的污染等多種效益的目標。因此，利用土壤淨化污水，利用污水滋養土壤，是一項生態經濟效益十分顯著的循環經濟工程。

石油農業——化肥面臨的生態問題

礦物化肥增加了糧食產量，但帶來了一系列的生態問題。在《墒》一書中，從能流的觀點指出：“僅是為生產一個270卡的玉米罐頭，就得耗費掉2790卡的能量，即在整個過程中，用掉10卡能量，方可生產出1卡能量的食品(表1)，其中大部分能量消耗在農機使用上以及滿足莊稼的化肥和殺蟲劑的需要上。”

殺蟲劑和化肥的施用大大加速了土壤的熵過程，使土地有機質衰竭並受到侵蝕，加重了水土流失和水污染。我國一些地區調查表明，由於綠肥施用量由1975年的990萬公頃降至1990年的420萬公頃，減少1/2多，使土壤中的有機質由數十年前的約9%降至目前的約3%。1995年我國化肥施用量3592萬噸，佔世界總施用量的28%、亞洲的53%和美國的1.8倍，單位面積施用量是世界平均的2.1倍，亞洲的1.72倍，美國的1.26倍(表2)。隨着化肥施用量的增加，其利用效率將逐年降低，而化肥流失量將不斷增加。近20年，我國化肥施用量增加了2倍多，而單位化肥的產糧只增加44%，即化肥效率減少56%(表3)。

2000年全國化肥施用量4145萬噸，而且約76%施用於佔國土面積不到30%的中東部地區，這個地區的農田平均每公頃施用488公斤，遠超過發達國家為防止水污染而設置的界限的2～3倍。據有關資料，我國化肥的平均利用率僅40%左右，低於發達國家10～20個百分點，有的地區氮肥利用效率僅30%。據統計，1984～1994年氮素化肥的損失率達45%。上世紀80年代中期，河北省由於水土流失，每年流失氮、磷、鉀肥約155萬噸以上，相當於全省全年化肥產量的42%。

20世紀90年代，我國中東部地區的湖泊全部遭受富營養化污染。據統計，來自農田的污染佔湖泊總污染量的比為：太湖氮污染佔60%，巢湖主要污染中約70%的總氮和50%的總磷來自農業生產。此間，全國污水排放量只增加45%，而化肥施用量增加2.3倍。農田的污染可能是我國近海赤潮污染的主要污染源之一。

我國京津塘69個鄉鎮的地下水飲用水中，有一半以上硝酸鹽含量超標，主要是氮肥所引起，這説明氮肥對地下水的污染遠超過污水灌溉的污染，農田化肥流失已成為地下水主要污染源。

污水灌溉的生態效益

污水農業利用可以達到低費用、低能耗的污水處理費用，同時改善土壤生態和水污染的多重生態經濟效益。城市污水中含有大量有機物和營養物質，利用污水灌溉可增加土壤的有機質和營養物質，污水灌溉6年後土壤20釐米深處的有機物含量是灌溉前的7倍。污水灌溉可提高土壤中的肥力，資料證明，污水灌溉26年後，土壤中的氮、磷、鉀含量可分別提高3、4和6倍多。

我國20世紀80年代，統計的每噸城市污水的氮、磷、鉀含量為0.088公斤，目前全國污水總量約500億噸，相當於440萬噸化肥。1980年我國污水灌溉面積約120萬公頃，灌溉污水量33億噸左右，相當於提供硫銨和磷酸鈣化肥約46萬噸，增產糧食126萬噸，90年代污水灌溉面積比80年代初增加1.7倍。目前我國污水灌溉農田面積330餘萬公頃，污水灌溉面積佔全國總灌溉面積的7.3%，主要分佈在海、遼、黃、淮資源短缺的四大流域，而且佔總污水灌溉面積的85%。

土壤有強大的淨化能力

發達國家實踐證明，傳統的二級處理不能根本解決水污染，只能延緩水污染的進程。20世紀90年代初，幾個發達國家的城市污水三級處理率佔總處理率(服務人口與總人口比)為：瑞典93%、瑞士70%、德國56%、芬蘭87%、挪威75%，美國和加拿大分別為39%和44%。

綜合世界各國的城市污水灌溉與傳統二級生物處理效果相比，前者對氮、磷、鉀的去除率分別是後者的2.2倍、3.3倍和4.3倍。因此，污水農業灌溉完全可以代替污水三級處理。

污水——土壤循環系統的優勢

傳統的處理方法去除污水中的營養氮和磷營物，需要昂貴的設備、化學品、能耗和費用。污水土地處理系統可以達到同樣的處理水平——三級處理，土地處理的能耗只有傳統處理的約1/10，基建投資為1/2～1/3，運行費用為1/3～1/5。

污水農業灌溉工程基建投資(包括污水預處理、污水儲存庫和污水灌溉系統)可能低於缺水地區的遠距離引水、水庫建設或農業節水設施的水源工程投資。它與新水源工程比較：

南水北調中線工程中，北京市用水的噸水成本將達6～8元，而目前城市污水三級處理的成本不超過1.5元；我國某省一個農業節水改造項目，包括管道、防滲渠、配套渠系構築物、各類抽水站和噴滴灌等工程設施的項目預算，平均每畝需要投資1452元，而畝均淨增加灌溉供水僅10m3，即噸水的基建投資高達145元多，約是城市污水二級處理投資的近30倍。因此在許多地區應首先把城市污水作為農業水源更符合生態經濟原則。

發展污水灌溉系統存在的問題

污水農業利用已幾百年的歷史，其生態經濟效益是明顯的，但為什麼生態經濟工程沒有全面推廣？調查分析認為，存在的主要障礙是：

1.農民不願意改變已經形成的農田種植管理方式；

2.顧問公司缺乏農業灌溉的設計經驗；

3.關於對污水灌溉存在的環境和公共衞生的爭論。

上個世紀60年代，我國曾開始有組織地發展過較大規模的污水灌溉工程，由於利用未經任何處理的鋼鐵、石油化工廢水直接灌溉，以及灌溉工程不夠完善，導致了對土壤和農作物的污染。1980年調查表明，全國污水灌溉面積1900萬畝，有65%的農田遭受不同程度的污染，其中8.4%因污染而失去利用價值，有的地區灌溉水稻引起鎘米問題，但所有灌溉地區並未引起流行病問題。所以污水灌溉導致的污染是由於水質和灌溉系統混亂所引起的。

我國除存在認識上的因素外，還存在着管理體制的障礙。農業水源工程、農業灌溉系統和污水處理利用設施，分別屬水利、農業、城建和環保等部門。有人形容我國的污水系統存在着“井水不犯河水”或形成了各謀其政的獨立王國。

在發展中國家的水規劃中往往不包括污水用於農業的計劃，使城鄉居民面臨風險，世界銀行的專家指出：“在乾旱氣候條件下，即使沒有回用計劃和回用主管部門，出於經濟需要肯定也會回用廢水，但卻不會有足夠的衞生控制。當地農民私自接入城市污水截流管道，偷水灌溉作物的實例不勝枚舉。另外，間接回用無處不在，高度污染的河水常常作為大型灌溉項目的主要水源。”在我國農民偷污水灌溉的例子同樣比比皆是，20世紀80年代以來，我國污水灌溉的面積持續擴大，90年代的污水灌溉面積已達330萬公頃，比80年代增加了1.7倍，主要分佈在海、遼、黃、淮資源短缺的北方四大流域，佔污水灌溉總面積的85%。有的地區農民利用污染嚴重的工業污水灌溉幾十萬畝水稻田，明知道存在着污染，但在沒有污水就沒有糧食的自然條件下，污水成為農民生產糧食的根本生計，成為社會的穩定因素。因此，污水農業利用是一種不可阻擋的必然趨勢。

污水灌溉任重道遠

美國著名的世界觀察研究所副所長、全球水政策項目負責人珀斯特爾，走遍中東和考察世界許多國家後指出：“污水回用主要障礙是心理上的，不是技術上的。城市污水大規模地回用於農業有可能獲得最大的利益。水污染、水短缺、水傳播疾病三位一體，給現今的世界帶來無窮煩惱。各級政府、開發部門、工程建設人員長期努力，大力推動污水低成本處理與灌溉相結合，才有可能解決這個問題。”

在水污染治理方面，我們要充分認識所面臨的困境，假如採用傳統的技術路線，在今後20～30年內，治理10億人口的城市污水，特別是將發展數以萬計的小城鎮污水和污泥處理，要邁過治理費用的門檻，將是異常地艱難。

可以肯定地説，隨着社會經濟的發展，即使全國城市污水全部達到傳統的二級處理水平，由於不完全的生物處理和來自農業、農村和城市的面源污染源的貢獻量，近海海域、中東部地區湖泊的富營養化污染和稀釋能力低的北方水系，水污染持續惡化的危險依然存在。因此建立污水-土壤循環淨化系統，並利用土壤回收污水中的有機物和營養物，是有效和儘快地解決我國一些地區水污染的根本出路。