“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染研究方向立項(xiàng)實(shí)施情況與成果產(chǎn)出分析

徐長春 ,劉 婕 ,熊 煒

(1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技發(fā)展中心 北京 100176;2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 廣州 510642)

長期以來,我國面臨人口眾多與耕地等資源緊缺之間的矛盾,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用大量化學(xué)投入品,導(dǎo)致農(nóng)田土壤中有毒有害物質(zhì)富集,造成農(nóng)業(yè)面源污染,已成為制約我國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的突出環(huán)境問題[1]。目前我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染物主要包括農(nóng)藥、抗生素、激素、酞酸酯、病原微生物5 大類物質(zhì),主要來源于農(nóng)藥、農(nóng)膜等大量不合理使用、畜禽廢棄物排放與還田利用以及污水灌溉等,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全構(gòu)成威脅[2-3]。由于各類污染物在輸入途徑、環(huán)境特性、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等方面存在差異,有必要探明污染及防控機(jī)制并開展多種修復(fù)技術(shù)的集成應(yīng)用。

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“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)專項(xiàng)(簡稱“農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)”)對(duì)農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染的基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)進(jìn)行了資助,立項(xiàng)實(shí)施了“農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染與防控機(jī)制研究”項(xiàng)目和“農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染防控技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)”項(xiàng)目,分別由浙江大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所牽頭承擔(dān)。本文回顧了項(xiàng)目申報(bào)受理、評(píng)審、立項(xiàng)實(shí)施、綜合績效評(píng)價(jià)等情況,分析了項(xiàng)目成果產(chǎn)出、實(shí)施成效并對(duì)標(biāo)志性成果進(jìn)行概述,以期為未來我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染研究與防治工作提供參考。

1 項(xiàng)目申報(bào)受理、立項(xiàng)評(píng)審與資助情況

1.1 項(xiàng)目申報(bào)受理與評(píng)審情況

2016 年3 月,“十三五”農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)2016 年度申報(bào)通知和指南面向社會(huì)發(fā)布,涉及“農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染與防控機(jī)制研究”在內(nèi)的12 個(gè)任務(wù)方向[4]?！稗r(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染與防控機(jī)制研究”任務(wù)方向共有3 份項(xiàng)目預(yù)申報(bào)書在國家科技管理信息系統(tǒng)上提交。3 份預(yù)申報(bào)書均通過形式審查,進(jìn)入正式申報(bào)環(huán)節(jié)。經(jīng)過視頻答辯評(píng)審,浙江大學(xué)牽頭申報(bào)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲得立項(xiàng)資助,實(shí)施周期為2016 年至2020 年。

2016 年10 月,“十三五”農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)2017 年度申報(bào)通知和指南面向社會(huì)發(fā)布,涉及“農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染防控技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)”在內(nèi)的15 個(gè)任務(wù)方向[4]?！稗r(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染防控技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)”共有5 份項(xiàng)目預(yù)申報(bào)書在國家科技管理信息系統(tǒng)上提交。專業(yè)機(jī)構(gòu)按規(guī)定組織開展了預(yù)申報(bào)形式審查、首輪網(wǎng)絡(luò)評(píng)審、正式申報(bào)形式審查等工作。經(jīng)過視頻答辯評(píng)審,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所牽頭申報(bào)團(tuán)隊(duì)獲得立項(xiàng)資助,實(shí)施周期為2017 年至2020 年。

1.2 項(xiàng)目任務(wù)部署及經(jīng)費(fèi)資助情況

在完成合規(guī)性審核、立項(xiàng)公示、立項(xiàng)通知發(fā)布等環(huán)節(jié)后,專業(yè)機(jī)構(gòu)與項(xiàng)目牽頭單位簽署了項(xiàng)目任務(wù)書,項(xiàng)目牽頭單位與課題承擔(dān)單位簽訂課題任務(wù)書,明確了項(xiàng)目目標(biāo)及考核指標(biāo)、主要研究內(nèi)容、研究方法及技術(shù)路線、項(xiàng)目任務(wù)(課題)分解及承擔(dān)單位(表1)、項(xiàng)目各任務(wù)(課題)內(nèi)容、項(xiàng)目年度計(jì)劃、項(xiàng)目參加人員等方面內(nèi)容。2 個(gè)項(xiàng)目之間形成了“基礎(chǔ)研究-技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)”之間的有效銜接。

表1 項(xiàng)目任務(wù)(課題)分解及承擔(dān)單位Table 1 Breakdown of research missions and leading institutions

1.2.1 農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染與防控機(jī)制研究

該基礎(chǔ)研究類項(xiàng)目以阻控污染和重建健康土壤為核心,以解析高強(qiáng)度利用和人為干預(yù)下農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染的形成過程和影響因素為突破口,以我國東北、黃淮海、長江中下游、南方等農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)水稻(Oryza sativa)、小麥(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)、蔬菜等種植制度下黑土、潮土、水稻土、紅壤等典型農(nóng)田系統(tǒng)為主要研究對(duì)象,圍繞污染“源解析-過程-機(jī)制-效應(yīng)-調(diào)控”的研究主線,研究農(nóng)田系統(tǒng)中典型農(nóng)藥、抗生素、酞酸酯、激素、病原微生物等污染特征、環(huán)境因子及影響機(jī)制,解析農(nóng)業(yè)投入品中有毒有害化學(xué)/生物污染來源;研究農(nóng)田土壤有毒有害化學(xué)污染物的結(jié)合殘留機(jī)理與遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律;研究土壤病原微生物存活、生物膜形成特征與傳播途徑,抗性基因增殖與擴(kuò)散機(jī)理;研究有毒有害化學(xué)/生物污染物對(duì)農(nóng)田系統(tǒng)影響途徑、效應(yīng)及機(jī)制;提出農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染的防控措施。項(xiàng)目下設(shè)7 個(gè)課題,共16 個(gè)單位參與,參加人數(shù)114 人,中央財(cái)政經(jīng)費(fèi)2717.00 萬元。

1.2.2 農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染防控技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)

該技術(shù)研發(fā)類項(xiàng)目聚焦我國主要農(nóng)業(yè)區(qū)域典型農(nóng)藥、抗生素、酞酸酯、激素等化學(xué)污染和產(chǎn)毒病原菌等生物污染,以“源頭控制-農(nóng)田過程調(diào)控-污染削減”為主線,重點(diǎn)開展我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)品的優(yōu)先控制名錄及風(fēng)險(xiǎn)表征研究,提出典型農(nóng)田有毒有害化學(xué)污染物分類、分區(qū)、分級(jí)的源頭管控策略;突破高密度降解菌發(fā)酵及產(chǎn)品制劑化等核心技術(shù)限制,解決菌劑田間施用效果的關(guān)鍵控制因素;研發(fā)農(nóng)業(yè)廢棄物無害化熱解技術(shù)及其環(huán)境友好的功能炭化產(chǎn)品;開發(fā)污染物有效傳遞、催化降解活性中心等關(guān)鍵過程化學(xué)調(diào)控技術(shù);研發(fā)農(nóng)田生物污染綠色防控技術(shù)及產(chǎn)品;通過單項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)化組合及安全性評(píng)價(jià),形成東北、黃淮海、長三角、珠三角等不同污染地區(qū)、不同土壤類型的農(nóng)藥污染綜合調(diào)控防治技術(shù)體系,構(gòu)建污染源頭有效管控、污染農(nóng)田過程治理和綜合防控的全過程調(diào)控修復(fù)模式。項(xiàng)目下設(shè)5 個(gè)課題,共23 個(gè)單位參與,參加人數(shù)62 人,中央財(cái)政經(jīng)費(fèi)1727 萬元,配套經(jīng)費(fèi)250 萬元。

1.3 研究隊(duì)伍分析

農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染研究方向具有鮮明的多學(xué)科交叉性,需要集中各學(xué)科優(yōu)勢(shì)研究力量。國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃組團(tuán)申報(bào)的模式,有利于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)打破原有的小圈子,實(shí)現(xiàn)跨部門、跨地域優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

1.3.1 項(xiàng)目承擔(dān)單位分析

來自農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、教育部、生態(tài)保護(hù)部、中國科學(xué)院等系統(tǒng)以及各地方的科研單位、高校、企業(yè)積極牽頭或參與項(xiàng)目申報(bào)。立項(xiàng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中,共匯聚了國內(nèi)農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染研究應(yīng)用領(lǐng)域的32 家優(yōu)勢(shì)單位,項(xiàng)目牽頭單位和參與單位來自12個(gè)省市,涵蓋東北、黃淮海、長三角、珠三角等典型生態(tài)區(qū),其中,北京所在單位最多(10 家),其次為江蘇、遼寧(均為5 家),還涉及廣東、湖南、天津、山東、上海、四川、浙江、湖北、黑龍江等地。從不同單位類型占比來看,中央級(jí)科研院所(34.38%)＞教育部直屬高校(25.00%)＞地方科研單位、地方高校(均為15.63%)＞企業(yè)及其他(9.38%)。

1.3.2 基礎(chǔ)條件分析

各單位曾承擔(dān)公益行業(yè)科研專項(xiàng)、863 計(jì)劃、973 計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等相關(guān)領(lǐng)域項(xiàng)目(課題),在土壤有機(jī)和生物污染物的環(huán)境行為與毒理效應(yīng)、區(qū)域典型污染修復(fù)與控制等方面積累了較為豐富的研究經(jīng)驗(yàn),并與國外科研機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)組織具有長期合作關(guān)系。各單位擁有國家農(nóng)業(yè)生物安全科學(xué)中心、土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)田土壤污染防控與修復(fù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)部產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,以及國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站、農(nóng)業(yè)部野外長期定位試驗(yàn)站等相關(guān)領(lǐng)域國家級(jí)、省部級(jí)科研平臺(tái),為項(xiàng)目順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)基礎(chǔ)和研究條件。

1.3.3 人員構(gòu)成分析

研究團(tuán)隊(duì)主要成員是活躍在科研第一線、富于創(chuàng)新的中青年學(xué)者,團(tuán)隊(duì)成員的研究方向優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,涉及土壤學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)藥學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等10 余個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、課題負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目骨干、其他研究人員4 大類人員共計(jì)176 人,其中高級(jí)職稱占比38.07%,具有博士學(xué)位的占比42.61%。人員年齡結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)年輕化、梯度化的特點(diǎn),來自浙江大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所的2 位項(xiàng)目主持人立項(xiàng)當(dāng)年分別為37 歲、39 歲,是“十三五”農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)35 個(gè)項(xiàng)目最年輕的項(xiàng)目主持人;課題負(fù)責(zé)人平均年齡42.7 歲,項(xiàng)目骨干平均年齡38.8 歲。

2 項(xiàng)目成果產(chǎn)出情況

經(jīng)過近5 年的實(shí)施,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成了指南和任務(wù)書中規(guī)定的目標(biāo)與研究任務(wù),2 個(gè)項(xiàng)目于2022 年均通過了綜合績效評(píng)價(jià),其中1 個(gè)項(xiàng)目為優(yōu)秀等次。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)突破了污染特征、環(huán)境因子及影響機(jī)制等關(guān)鍵理論,研發(fā)了污染防控技術(shù)產(chǎn)品并開展示范應(yīng)用,取得了一系列論文、專利、標(biāo)準(zhǔn)等成果產(chǎn)出,為我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染防控提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

2.1 論文、專利、標(biāo)準(zhǔn)等產(chǎn)出情況

實(shí)施周期內(nèi),項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在Nature Microbiology、The ISME Journal、Soil Biology &Biochemistry、Environmental Science &Technology、Journal of Hazardous Materials、《環(huán)境科學(xué)》等土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域國內(nèi)外知名期刊發(fā)表論文239 篇,其中SCI 論文185 篇、核心期刊論文54 篇;出版《土壤有機(jī)/生物污染與防控》等專著4 部;申請(qǐng)國家發(fā)明專利48 項(xiàng),獲得授權(quán)專利32 項(xiàng);制定發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)5 項(xiàng),行業(yè)或地方標(biāo)準(zhǔn)14 項(xiàng)。部分代表性論文專著、專利、標(biāo)準(zhǔn)見表2-4。取得新理論、新原理13 項(xiàng),新技術(shù)、新工藝、新方法23 項(xiàng),新產(chǎn)品、新裝置25 項(xiàng),軟件著作權(quán)18 項(xiàng),轉(zhuǎn)讓成果10 項(xiàng),獲得省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)7 項(xiàng),培養(yǎng)研究生159 人,技術(shù)產(chǎn)品的示范推廣面積1047 hm2。

表2 代表性論文/專著10 篇(部)Table 2 List of 10 representative articles or books

2.2 項(xiàng)目實(shí)施成效及貢獻(xiàn)

通過項(xiàng)目實(shí)施,系統(tǒng)建立了農(nóng)藥等五大類農(nóng)田典型污染物的檢測(cè)與評(píng)估方法,闡明了土壤有毒有害化學(xué)/生物污染的形成與削減機(jī)制,形成了一系列污染阻控及強(qiáng)化修復(fù)產(chǎn)品和關(guān)鍵技術(shù),顯著提升了我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染方向的研發(fā)水平和國際影響力。

表3 代表性專利10 項(xiàng)Table 3 List of 10 representative patents

表4 代表性標(biāo)準(zhǔn)10 項(xiàng)Table 4 List of 10 representative standards

在基礎(chǔ)研究方面,開創(chuàng)了農(nóng)田化學(xué)/生物污染源解析-過程-機(jī)制-效應(yīng)-調(diào)控的全鏈條研究模式,形成了適用于分類指導(dǎo)不同農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)重點(diǎn)種植制度的化學(xué)/生物污染因子監(jiān)測(cè)與評(píng)估指標(biāo)體系,構(gòu)建了人為干預(yù)、強(qiáng)化結(jié)合、農(nóng)藝調(diào)控的區(qū)域農(nóng)田有機(jī)污染強(qiáng)化削減與生物污染風(fēng)險(xiǎn)綜合防控理論、方法體系,全面摸清了典型、新型化學(xué)/生物污染風(fēng)險(xiǎn)與防控重點(diǎn),推動(dòng)了區(qū)域尺度上生態(tài)效應(yīng)與農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)力的協(xié)同增進(jìn),為“十四五”全面推進(jìn)農(nóng)田化學(xué)/生物污染調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)防控的工作提供了科學(xué)理論基礎(chǔ)。推動(dòng)了我國有機(jī)污染研究水平從“跟跑者”向“并行者”、生物污染研究水平從“并行者”向“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

在技術(shù)研發(fā)方面,重點(diǎn)突破了農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染防控的技術(shù)瓶頸,使源頭防控更有針對(duì)性,污染過程控制更精準(zhǔn)和易行;發(fā)展的生物、物理、化學(xué)防控方法推動(dòng)了農(nóng)藥與環(huán)境交叉學(xué)科建設(shè);研發(fā)的污染防控技術(shù)與產(chǎn)品在項(xiàng)目實(shí)施區(qū)和驗(yàn)證區(qū)內(nèi),污染物殘留率降低30%以上,生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量符合食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)。通過項(xiàng)目立項(xiàng)實(shí)施,將有毒有害化學(xué)/生物污染正式列為面源污染防控領(lǐng)域的重要研究資助方向,顯著提升了我國農(nóng)田有毒有害污染防控的研究與應(yīng)用水平。部分技術(shù)產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)示范類項(xiàng)目中推廣應(yīng)用,為農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)“十三五”總體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)以及我國農(nóng)業(yè)面源污染防控工作提供了有力的技術(shù)支撐。

3 標(biāo)志性成果概述

3.1 農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染形成與削減機(jī)制

瞄準(zhǔn)現(xiàn)有農(nóng)田有毒有害生物/化學(xué)污染形成機(jī)制不清、污染削減策略不足的問題,突破了有機(jī)污染溯源、抗性基因擴(kuò)散、病原微生物傳播、生源要素耦合的農(nóng)藥還原轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵科學(xué)問題。針對(duì)農(nóng)田土壤中農(nóng)藥結(jié)合殘留污染,提出了基于14C 溯源結(jié)合殘留的殘藥危害原理,闡明農(nóng)藥降解菌降低且促進(jìn)結(jié)合殘留削減的機(jī)制;針對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥污染,圍繞外源電子供體/受體/穿梭體對(duì)土壤生源要素及有機(jī)氯農(nóng)藥還原轉(zhuǎn)化過程中電子傳遞的調(diào)控作用,明確了有機(jī)氯農(nóng)藥對(duì)稻田微生物種群及關(guān)鍵功能菌定向演變的誘導(dǎo)效應(yīng),揭示了多過程關(guān)聯(lián)的有機(jī)氯削減胞外電子傳遞耦合機(jī)制,提出了耦合生源要素循環(huán)的稻田有機(jī)氯農(nóng)藥污染強(qiáng)化削減的調(diào)控技術(shù);針對(duì)抗性基因污染,厘清了土壤細(xì)菌與噬菌體間抗生素抗性基因的水平轉(zhuǎn)移機(jī)制,量化了抗性基因的擴(kuò)散潛力;針對(duì)病原菌污染,揭示了土壤顆粒表面病原菌生物膜代謝規(guī)律及調(diào)控機(jī)制,提出了利用土壤生物膜技術(shù)阻控病原菌傳播的新策略,提升了我國農(nóng)田化學(xué)/生物污染防控研究的國際競(jìng)爭(zhēng)力。相關(guān)研究成果發(fā)表在Environmental Science &Technology、Soil Biology &Biochemistry、The ISME Journal 等學(xué)術(shù)期刊上,出版專著《土壤有機(jī)/生物污染與防控》。

3.2 農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染物檢測(cè)方法和評(píng)估指標(biāo)體系

針對(duì)我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染種類復(fù)雜、來源不明確的現(xiàn)狀,以農(nóng)藥、抗生素、酞酸酯、激素、病原微生物等五大類污染物為研究對(duì)象,在標(biāo)準(zhǔn)物自主合成、抗性基因高通量檢測(cè)、土壤酞酸酯檢測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)管控、植物病原菌原位監(jiān)測(cè)等方面取得了重要進(jìn)展。突破了高比活度同位素標(biāo)記化合物合成中的技術(shù)瓶頸,自主合成了高比活度14C-毒死蜱和14C-吡蟲啉,解決了原藥依賴進(jìn)口的“卡脖子”問題;開發(fā)了針對(duì)69 個(gè)人類病原菌和24 個(gè)動(dòng)物糞便Marker 基因的高通量同步定量檢測(cè)技術(shù)與糞便污染溯源方法,建成了糞肥施用農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)抗生素抗性基因數(shù)據(jù)庫,首次定義糞肥施用農(nóng)田抗性基因豐度基線值[1.62×109拷貝數(shù)·g-1(土壤)];開發(fā)了土壤中殘留酞酸酯、肥料中殘留抗生素檢測(cè)國家標(biāo)準(zhǔn)方法;構(gòu)建了病原微生物觀測(cè)系統(tǒng)與表征技術(shù),開發(fā)了微流控芯片-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),實(shí)現(xiàn)原位實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè);初步建立典型種植制度農(nóng)田化學(xué)/生物污染因子監(jiān)測(cè)與評(píng)估指標(biāo)體系,為開展我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染監(jiān)控提供了方法和標(biāo)準(zhǔn)支撐。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Microbiology、Environmental Science &Technology、Science of the Total Environment 等學(xué)術(shù)期刊上,制定發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)5 項(xiàng),獲得授權(quán)國家發(fā)明專利6 項(xiàng)。

3.3 農(nóng)田有毒有害化學(xué)污染源頭防控技術(shù)

針對(duì)農(nóng)田有毒有害化學(xué)污染源頭甄別及防控技術(shù)缺乏的現(xiàn)狀,重點(diǎn)開展我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)品的優(yōu)先控制名錄及風(fēng)險(xiǎn)表征研究,提出農(nóng)田有毒有害物質(zhì)優(yōu)先控制名錄,顯著提升了農(nóng)田化學(xué)污染源頭防控的針對(duì)性和可行性。以我國不同區(qū)域、不同農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)為調(diào)查對(duì)象,以危害屬性為篩查指標(biāo),結(jié)合污染物特征、種植區(qū)域、種植模式等情況確定暴露指標(biāo),采用“直通車”法和多種風(fēng)險(xiǎn)篩選手段,構(gòu)建了農(nóng)田有毒有害物質(zhì)優(yōu)先控制名錄篩選技術(shù),建立了涕滅威、馬拉硫磷、西瑪津等19 種農(nóng)田有毒有害化學(xué)污染物優(yōu)先控制名錄,制定了農(nóng)田酞酸酯及農(nóng)藥類污染物環(huán)境限制值(PNEC 值),綜合提出典型農(nóng)田有毒有害化學(xué)污染物分類、分區(qū)、分級(jí)的源頭管控策略。相關(guān)研究成果發(fā)表在Food Chemistry、Journal of Agricultural &Food Chemistry、《環(huán)境化學(xué)》《生態(tài)毒理學(xué)報(bào)》等學(xué)術(shù)期刊上。該成果提出的需要優(yōu)先控制的鄰苯二甲酸二丁酯等3 種酞酸酯類污染物被納入《優(yōu)先控制化學(xué)品名錄(第二批)(征求意見稿)》。

3.4 農(nóng)田有毒有害化學(xué)污染生物降解技術(shù)及產(chǎn)品

基于農(nóng)田化學(xué)污染生物降解原理,在污染物代謝模型構(gòu)建、農(nóng)藥降/抗生物解菌篩選及菌劑制備、微生物電化學(xué)降解技術(shù)與裝備研發(fā)等方面取得突破。構(gòu)建了阿特拉津降解多菌株代謝模型,提出人工設(shè)計(jì)與合成農(nóng)藥污染最佳降解菌群新思路;篩選獲得了一批磺酰脲類、取代脲類等典型農(nóng)藥及四環(huán)素、土霉素等抗生素高效降解菌(酶),攻克了生物炭固定化復(fù)合污染降解菌顆粒產(chǎn)品化技術(shù),創(chuàng)新高效降解菌高密度發(fā)酵技術(shù)及生產(chǎn)工藝,研發(fā)了典型農(nóng)藥/抗生素污染降解菌(酶)制劑8 種,建成炭基復(fù)合微生物肥料生產(chǎn)線1 條;開發(fā)了土壤微生物自產(chǎn)電流的原位刺激降解抗生素裝置,構(gòu)建了抗生素厭氧降解同步資源化技術(shù),顯著提升了土壤農(nóng)藥、抗生素等化學(xué)污染的生物降解效果,為保障農(nóng)產(chǎn)品安全、提高農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供技術(shù)和產(chǎn)品支撐。相關(guān)研究成果發(fā)表在The ISME Journal、Journal of Hazardous Materials、《中國環(huán)境科學(xué)》等學(xué)術(shù)期刊上,獲得授權(quán)國家發(fā)明專利6 項(xiàng)。

3.5 農(nóng)田有毒有害生物污染定向控阻和強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)

著眼于病原菌等農(nóng)田生物污染控阻和修復(fù)的技術(shù)瓶頸,在病原菌拮抗產(chǎn)品研發(fā)、農(nóng)田病原菌源頭防控、糞肥綠色施用技術(shù)等方面進(jìn)展顯著。研制了病原鐮刀菌屬尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷鐮刀菌(Fusarium graminearum)等多種專屬型菌株的拮抗菌劑10 個(gè),其中“姜兀憂” “茄果兀憂”等產(chǎn)毒素病原菌拮抗菌劑產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn);建立了基于新型植物源土壤熏蒸劑異硫氰酸烯丙酯的農(nóng)田病原菌源頭防控產(chǎn)品及配套施用技術(shù),形成以“微生物群落調(diào)控-土壤生態(tài)調(diào)理”為核心技術(shù)的綠色生態(tài)綜合防控策略;明確了長期糞肥施用土壤中病原微生物污染風(fēng)險(xiǎn)總體可控,科學(xué)指導(dǎo)了“有機(jī)肥代替化肥”需求下的禽畜糞便資源化利用;構(gòu)建了人為干預(yù)、強(qiáng)化結(jié)合、農(nóng)藝調(diào)控的區(qū)域農(nóng)田病原微生物綜合防控措施體系,形成了區(qū)域尺度上生態(tài)效應(yīng)與農(nóng)田持續(xù)生產(chǎn)力協(xié)同增進(jìn)的綠色、多贏和可持續(xù)的農(nóng)田生物污染綜合防控理論和措施。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Journal of Agricultural &Food Chemistry、Soil Biology &Biochemistry、《土壤學(xué)報(bào)》等學(xué)術(shù)期刊上,提出的“農(nóng)林廢棄物炭化及其資源化高效利用關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”成果獲得2020 年度上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

4 思考與建議

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)中對(duì)農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染研究方向予以資助,較為系統(tǒng)地部署開展了研究任務(wù),大大推動(dòng)了我國農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染的基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)研發(fā)水平。下一步,建議進(jìn)一步加強(qiáng)成果落地應(yīng)用,并對(duì)該領(lǐng)域及優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行穩(wěn)定支持。

1)推動(dòng)成果應(yīng)用。針對(duì)我國農(nóng)田土壤化學(xué)/生物污染,進(jìn)一步凝練整合“十三五”相關(guān)研究成果,完善多過程協(xié)同消減與污染調(diào)控的綜合技術(shù)方案,在主產(chǎn)區(qū)和典型生態(tài)區(qū)推廣應(yīng)用有機(jī)污染強(qiáng)化削減調(diào)控、生物污染風(fēng)險(xiǎn)阻控等行之有效的技術(shù)方法。開展技術(shù)生態(tài)評(píng)估、市場(chǎng)準(zhǔn)入、第三方修復(fù)治理與效果評(píng)估等標(biāo)準(zhǔn)研究,推動(dòng)污染防治修復(fù)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

2)深化重點(diǎn)方向。我國典型農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田有毒有害化學(xué)/生物污染的時(shí)空變異較大,“十三五”農(nóng)業(yè)面源專項(xiàng)雖然對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行了系統(tǒng)部署,但涉及的污染物種類過多,在有限的經(jīng)費(fèi)資助強(qiáng)度及實(shí)施周期內(nèi)難以深入聚焦。建議結(jié)合“十三五”有關(guān)研究結(jié)論,重點(diǎn)圍繞有機(jī)氯農(nóng)藥、阿特拉津等長殘效除草劑,酞酸酯、抗生素抗性基因等輸入農(nóng)田系統(tǒng)后具有較大生態(tài)環(huán)境與人體健康風(fēng)險(xiǎn)的典型污染物開展任務(wù)部署[2],面向重點(diǎn)區(qū)域和典型種植模式進(jìn)行針對(duì)性研究。

3)持續(xù)穩(wěn)定支持。建議通過國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等渠道對(duì)這一領(lǐng)域及優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定支持,面向農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展技術(shù)需求,重點(diǎn)對(duì)農(nóng)田有毒有害污染物高通量識(shí)別和防控污染物篩選,典型農(nóng)業(yè)面源污染物鈍化降解,農(nóng)藥使用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、控制等關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)開展研發(fā),同時(shí)強(qiáng)化對(duì)典型有機(jī)污染化學(xué)修復(fù)、微生物化學(xué)降解、農(nóng)田有機(jī)污染植物-微生物聯(lián)合修復(fù)、農(nóng)田有機(jī)污染物綠色生物及物理聯(lián)合修復(fù)等技術(shù)的集成示范與推廣應(yīng)用[5],支撐構(gòu)建農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展技術(shù)體系。