科技發(fā)力打贏農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)

文/鄭戈 熊煒 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技發(fā)展中心

農(nóng)業(yè)資源環(huán)境是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的源頭保障，更是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)健康發(fā)展的重要基礎(chǔ)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是工礦業(yè)發(fā)展和化肥農(nóng)藥等投入品的普及，農(nóng)業(yè)環(huán)境問(wèn)題頻發(fā)，其對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全和人民身體健康的影響越來(lái)越引起廣泛的社會(huì)關(guān)注，農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為新時(shí)代農(nóng)業(yè)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略選擇。

黨的十八大以來(lái)，綠色發(fā)展成為新的發(fā)展理念，“綠水青山就是金山銀山”的理念日益深入人心。國(guó)家不斷加大對(duì)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的投入力度，相繼啟動(dòng)了一批科技計(jì)劃，建設(shè)了一批試驗(yàn)示范基地，探索出一批具有中國(guó)特色的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式。特別是自2016年起，中央財(cái)政投資近10億元啟動(dòng)了“農(nóng)業(yè)面源和重金屬污染農(nóng)田綜合防治與修復(fù)技術(shù)研發(fā)”重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)，集中了我國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域的主要科研單位和優(yōu)勢(shì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，著力開(kāi)展農(nóng)田面源污染、農(nóng)田土壤重金屬污染等方面防控機(jī)理研究，突破農(nóng)田面源污染物和重金屬溯源、遷移和轉(zhuǎn)化機(jī)制、污染負(fù)荷及其與區(qū)域環(huán)境質(zhì)量及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系等理論，以及氮磷、有毒有害化學(xué)/生物、重金屬、農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物等農(nóng)田污染物防治與修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，提升我國(guó)面源和重金屬領(lǐng)域裝備和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化水平。

通過(guò)幾年的實(shí)施，“農(nóng)業(yè)面源專(zhuān)項(xiàng)”在理論機(jī)制研究、技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定以及成果轉(zhuǎn)化示范等方面都取得了一批重大標(biāo)志性成果，為保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)境安全重大戰(zhàn)略需求，提供了重要的技術(shù)支撐：在農(nóng)業(yè)氮磷流失防控方面，根據(jù)第二次全國(guó)污染源普查現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，畜禽養(yǎng)殖COD排放量比2007年第一次污染源普查有較大幅度下降，農(nóng)田總磷的流失量也有所下降；在重金屬污染防治方面，完善和深化了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)管控、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、安全生產(chǎn)、修復(fù)治理、分級(jí)分類(lèi)等幾方面的研究，形成了技術(shù)框架，為相關(guān)部門(mén)出臺(tái)相關(guān)導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范提供較為堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)；在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，推進(jìn)了我國(guó)農(nóng)田污染長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力的提高。由于這一系列重大科技成果的支撐，近幾年，我國(guó)沒(méi)有發(fā)生重大農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事件，沒(méi)有發(fā)生農(nóng)業(yè)產(chǎn)地嚴(yán)重的污染事件，也沒(méi)有發(fā)生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身對(duì)環(huán)境的污染事件。2018年國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全例行監(jiān)測(cè)抽檢總體合格率達(dá)到97.5%。

成果顯著 實(shí)現(xiàn)突破

以“農(nóng)業(yè)面源專(zhuān)項(xiàng)”為代表的相關(guān)科技計(jì)劃，以我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染高發(fā)區(qū)和重金屬污染典型區(qū)為重點(diǎn)研究區(qū)域，涉及農(nóng)業(yè)面源污染防治、農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵技術(shù)、重金屬阻控及重金屬中輕度污染農(nóng)田修復(fù)與安全利用四大領(lǐng)域，并取得了顯著成果。

基本摸清了全國(guó)農(nóng)田重金屬污染的基本情況。2014年起，國(guó)家在第一次污染源普查的基礎(chǔ)上，又啟動(dòng)了全國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染詳查，基本摸清了全國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染的基本情況，也開(kāi)展了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)品重金屬污染與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性研究。

構(gòu)建了一批重要防控理論體系和方法原理，有效提升了技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新度。初步明確了典型徑流易發(fā)區(qū)農(nóng)田系統(tǒng)氮磷遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程與流失的主控因子，建立了農(nóng)田氮磷積累速率及流失通量的多尺度觀測(cè)與估算方法；自主建立了化學(xué)污染物的同位素標(biāo)記合成方法，開(kāi)發(fā)了典型污染物的分析檢測(cè)技術(shù)；初步明確了農(nóng)業(yè)廢棄物好氧轉(zhuǎn)化碳氮磷硫轉(zhuǎn)化規(guī)律與損失驅(qū)動(dòng)因子；初步建立了區(qū)域尺度農(nóng)田與農(nóng)產(chǎn)品重金屬數(shù)值法污染源解析方法，闡明了土壤重金屬的生態(tài)毒害機(jī)理及模型和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及標(biāo)準(zhǔn)化等。

形成了一批關(guān)鍵性新技術(shù)、新工藝和新產(chǎn)品，有效提升了與產(chǎn)業(yè)需求的關(guān)聯(lián)度。研發(fā)了溝塘調(diào)蓄功能提升及氮磷阻控能力強(qiáng)化技術(shù)、疲勞型旱地農(nóng)田生態(tài)農(nóng)業(yè)修復(fù)技術(shù)、碳氮磷水協(xié)同調(diào)控提升作物氮磷吸收利用技術(shù)；初步掌握了我國(guó)主要有機(jī)肥廠(chǎng)工藝方法、堆肥原料、堆肥及有機(jī)肥樣品的理化指標(biāo)、微生物菌群等，研發(fā)智控系統(tǒng)、菌劑、好氧一體化、自動(dòng)化設(shè)備；初步確定了農(nóng)田中酞酸酯及農(nóng)藥類(lèi)污染物環(huán)境限制值的計(jì)算毒理模型，形成了農(nóng)田抗生素、激素等污染物的生物炭吸附催化降解技術(shù)與產(chǎn)品；研發(fā)了硒硅葉面阻隔劑新產(chǎn)品、高效鎘砷同步鈍化劑，研發(fā)了重金屬萃取植物材料創(chuàng)新和規(guī)?；狈N技術(shù)與裝備，以及低廉高效環(huán)境友好鎘砷鉛化學(xué)活化劑等。

集成落地了一批創(chuàng)新修復(fù)模式，開(kāi)展區(qū)域環(huán)境污染防控的技術(shù)集成示范，有效提升了對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)度。在京津冀城鄉(xiāng)一體化區(qū)域：河北青山縣和饒縣核心示范區(qū)磷污染負(fù)荷比項(xiàng)目實(shí)施前減少 25%以上，土壤磷素淋失降低 50%以上，降低土壤農(nóng)藥殘留 30%以上，重金屬鈍化超過(guò) 30%以上；黃淮海農(nóng)區(qū)：在北京市、天津市、河北省、河南省、山東省設(shè)施蔬菜主產(chǎn)區(qū)建立 5 個(gè)核心示范區(qū)，設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬有效態(tài)降低近 50%，目前農(nóng)戶(hù)對(duì)重金屬鈍化劑應(yīng)用效果反響良好；在長(zhǎng)江中下游水網(wǎng)區(qū)：形成了面向規(guī)?；咎锏氖」じ咝秃途G色優(yōu)質(zhì)型面源污染綜合防控集成技術(shù)模式，集成了源頭減量、過(guò)程攔截以及養(yǎng)分再利用等多項(xiàng)技術(shù)，集成度 80%以上，降低氮、磷流失負(fù)荷的28.3%和47.6%；在西南中南區(qū)：建立中南鎘砷污染農(nóng)田植物萃取、植物葉面阻隔、農(nóng)田鈍化、耕地安全利用及綜合防治修復(fù)技術(shù)示范區(qū)，土壤鎘砷活性降低60%以上；在東北西北區(qū)：通過(guò)分析氮磷流失規(guī)律，初步提出氮磷流失防控技術(shù)清單，開(kāi)展了秸稈和畜禽糞便資源化高效利用技術(shù)與裝備研發(fā)。在西北地區(qū)，示范地表殘膜回收作業(yè)，回收率達(dá)到 87%；在東北地區(qū)：初步獲得了增密減氮以及側(cè)條施肥相關(guān)技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)肥料減量10%以上，減少氮素流失16.5%～20.9%。

階段成果 引領(lǐng)未來(lái)

多年來(lái)國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明，治理農(nóng)田土壤環(huán)境污染，必須依靠科技。黨的十八大以來(lái)，以“農(nóng)業(yè)面源專(zhuān)項(xiàng)”為代表的相關(guān)科技計(jì)劃項(xiàng)目取得了一批重大階段性成果，其中既有理論上突破，又有共性關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新，更有廣泛的實(shí)踐應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2018年年底，僅“農(nóng)業(yè)面源專(zhuān)項(xiàng)”就已在全國(guó)27個(gè)?。ㄊ?、自治區(qū)）建立了107個(gè)示范點(diǎn)，示范技術(shù)174項(xiàng)、產(chǎn)品44個(gè)，進(jìn)入了9個(gè)國(guó)家級(jí)示范區(qū)和9個(gè)省級(jí)示范區(qū)。

初步揭示和豐富了氮磷流失阻控機(jī)理。該成果在我國(guó)氮磷生態(tài)脆弱區(qū)和潛在脆弱區(qū)的劃分機(jī)制與應(yīng)用方面，定量了縣域尺度農(nóng)牧系統(tǒng)氮磷養(yǎng)分環(huán)境排放的歷史變化和熱點(diǎn)區(qū)域，初步劃分了我國(guó)氮磷生態(tài)脆弱區(qū)和潛在脆弱區(qū)，為推進(jìn)化肥減施、有機(jī)肥替代、畜禽糞尿資源化、面源污染阻控和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展等國(guó)家重大行動(dòng)提供了支撐；開(kāi)展的我國(guó)徑流易發(fā)區(qū)旱作和水田地表徑流氮磷流失機(jī)制研究，系統(tǒng)揭示了長(zhǎng)江流域農(nóng)田總氮和總磷徑流流失強(qiáng)度的空間變異和平均流失強(qiáng)度，以及農(nóng)田地表徑流氮磷流失的主要來(lái)源，并初步構(gòu)建了我國(guó)徑流易發(fā)區(qū)旱作和水田地表徑流氮磷流失數(shù)據(jù)庫(kù)；在稻田氮磷流失機(jī)理模型構(gòu)建方面，提出了基于三基點(diǎn)的光合作用溫度響應(yīng)方程和氮磷限制下光合產(chǎn)物分配模式，有助于我國(guó)稻田作物生長(zhǎng)模塊的改良和優(yōu)化；提出了新的匯流算法，解決了從稻田到溝渠和周邊水體的氮磷水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估難題。構(gòu)建的基于粒子濾波的參數(shù)最優(yōu)系統(tǒng)，提高了3種種植制度稻田水量平衡、作物生長(zhǎng)與光合產(chǎn)物分配，以及氮磷流失與淋溶的模擬精度。以上理論成果，為推進(jìn)“一控、兩減、三基本”和打贏農(nóng)業(yè)面源污染攻堅(jiān)戰(zhàn)提供了重要的理論基礎(chǔ)和科技支撐。

形成重金屬污染農(nóng)田安全生產(chǎn)技術(shù)體系并大規(guī)模應(yīng)用。該成果的核心技術(shù)包括低累積品種、土壤鈍化、水肥農(nóng)藝調(diào)控等，已經(jīng)在湖南、廣東、浙江等重金屬污染區(qū)域開(kāi)展了大規(guī)模應(yīng)用，有力保障了這些地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品安全。

該技術(shù)體系中，創(chuàng)新與突破主要體現(xiàn)在以下3點(diǎn)：一是提出了重金屬污染區(qū)域類(lèi)別劃分方法，建立了主要農(nóng)產(chǎn)品禁產(chǎn)、限產(chǎn)、宜產(chǎn)區(qū)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和方案，篩選適宜禁產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用的替代植物，保證了禁產(chǎn)區(qū)耕地的安全利用；二是建立了分子標(biāo)記輔助篩選與評(píng)比技術(shù)，通過(guò)全基因組數(shù)據(jù)確定低重金屬分子標(biāo)記，環(huán)境上觀測(cè)表型特征，篩選出重金屬累積相對(duì)較低、環(huán)境表現(xiàn)穩(wěn)定的目標(biāo)品種；三是高效鎘砷同步鈍化材料研制以及重金屬污染阻控技術(shù)集成與應(yīng)用，創(chuàng)新性地提出了稻田調(diào)控鐵循環(huán)降低土壤中鎘砷活性與移動(dòng)性，以及調(diào)控水稻硅硒營(yíng)養(yǎng)阻隔鎘砷轉(zhuǎn)運(yùn)的新思路，并根據(jù)這個(gè)新思路研制出鐵基生物炭、金屬硫蛋白鎘還原菌等一系列新產(chǎn)品，將輕度污染稻田的安全利用率由不足50%提高至90%，中度污染稻田的安全利用率提升至80%。這些產(chǎn)品和技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家級(jí)重金屬污染治理先行區(qū)和省級(jí)示范區(qū)應(yīng)用超過(guò)200萬(wàn)畝次，并且發(fā)展為我國(guó)稻田重金屬污染治理的主推技術(shù)之一，形成了稻田鎘砷污染阻控“新原理—新技術(shù)—新產(chǎn)品”的創(chuàng)新鏈。相關(guān)成果獲得廣東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)；第十屆大北農(nóng)科技獎(jiǎng)環(huán)境工程獎(jiǎng)；第二十屆中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利銀獎(jiǎng)。

研發(fā)出農(nóng)業(yè)廢棄物一體化處理槽式好氧發(fā)酵系統(tǒng)和筒倉(cāng)式反應(yīng)器系統(tǒng)。我國(guó)研發(fā)出國(guó)內(nèi)首套連續(xù)動(dòng)態(tài)槽式好氧發(fā)酵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了堆肥的規(guī)模化、自動(dòng)化和工業(yè)化。與國(guó)際先進(jìn)的德國(guó)巴庫(kù)斯槽式系統(tǒng)相比，在處理量相當(dāng)?shù)那闆r下，物料混合更均勻、移動(dòng)更精確，設(shè)備功率降低了近60%，發(fā)酵時(shí)間縮短了13天，運(yùn)行成本節(jié)省1倍以上，為大中型規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便堆肥處理及有機(jī)肥廠(chǎng)建設(shè)提供了技術(shù)保障，并已推廣84套。

我國(guó)還率先在國(guó)內(nèi)研制出針對(duì)中小型規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便處理的系列一體化智能筒倉(cāng)堆肥反應(yīng)器，具有發(fā)酵周期短（7天）、節(jié)省占地面積（40平方米/臺(tái)）、無(wú)需添加輔料、臭氣密閉集中處理、無(wú)二次污染等特點(diǎn)。與國(guó)際先進(jìn)的日本COMPO堆肥反應(yīng)器相比，在相同運(yùn)行時(shí)間內(nèi)處理能力提高了25%，節(jié)省能耗17%，溫室氣體減排60%以上，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，為中小規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便就地處理提供了解決途徑。

化學(xué)污染物的同位素標(biāo)記合成方法及監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。該成果攻克了高比活度同位素標(biāo)記農(nóng)藥合成中的技術(shù)瓶頸，于國(guó)際上首次建立了安全高效的放射性標(biāo)記毒死蜱非氯氣取代微量合成方法，在國(guó)內(nèi)首次自主合成了高比活度14 C-毒死蜱，開(kāi)創(chuàng)了苯環(huán)標(biāo)記的14 C-乙酰化磺胺嘧啶全新微量合成方法，有效地提高了合成產(chǎn)率。該成果為從質(zhì)量平衡角度溯源追蹤有毒有害化學(xué)污染物在環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化、殘留代謝，尤其是結(jié)合殘留定量表征等相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)的基于分子標(biāo)記物的環(huán)境多種宿主糞便污染高通量溯源技術(shù)方法，可同時(shí)針對(duì) 10 余種動(dòng)物糞便污染進(jìn)行溯源。

科技創(chuàng)新 綠色發(fā)展

破解我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的資源與環(huán)境雙重約束的難題，必須依靠農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，必須為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)的科技支撐。黨的十八大以來(lái)，黨和國(guó)家高度重視農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，采取積極措施，提升農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全質(zhì)量水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量安全。特別是“十三五”開(kāi)始實(shí)施 “農(nóng)業(yè)面源專(zhuān)項(xiàng)”以來(lái)，廣大科技人員堅(jiān)持“三個(gè)面向”，主動(dòng)作為，提升原始創(chuàng)新、繼承創(chuàng)新和吸收消化再創(chuàng)新的水平和能力，形成了一批受用戶(hù)歡迎、技術(shù)普適性高、經(jīng)濟(jì)成本可接受、操作比較簡(jiǎn)單的實(shí)用技術(shù)、技術(shù)體系或者模式、范式，科技創(chuàng)新成果走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，落地生根，在促進(jìn)和提升農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)文明建設(shè)方面發(fā)揮了積極作用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村生產(chǎn)、生態(tài)和生產(chǎn)融合，為實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興目標(biāo)和農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的科技支撐，彰顯了強(qiáng)大的生命力。