建立首個農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實驗室的思考

章力建，張星聯

（中國農科院，北京 100081）

建立首個農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實驗室的思考

章力建，張星聯

（中國農科院，北京 100081）

污染與防控機理研究是農產品產地環境中水、土、氣立體污染綜合防控工作的重要基礎。建立首個農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實驗室，不僅對當前生態環境現狀中大氣、土壤、水體污染綜合防控的科研、科普、科教及示范推廣工作起到重要的作用，更為有關部門制定水、土、氣立體污染綜合防控政策措施提供有益的參考數據和資料。

污染與防控機理研究；立體污染綜合防控；模擬實驗室

為貫徹落實十八屆五中全會關于“要在重點地區有針對性地采取措施，加強對大氣、水、土壤等突出污染問題的治理，集中力量打攻堅戰，讓人民群眾看到希望”的指示精神，以及中央農村工作會議關于“要著力加強農業供給側結構性改革，提高農業供給體系質量和效率”的要求，農產品產地環境中水、土、氣立體污染綜合防控成為當前保障農產品有效供應和質量安全的重要工作之一。

其中，污染與防控機理研究是重要基礎，建立首個農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實驗室，是目前該研究領域的戰略選擇。這不僅對當前生態環境現狀中大氣、土壤、水體污染綜合防控的科研、科普、科教及示范推廣工作起到重要的作用，更重要的是，為有關部門制定水、土、氣立體污染綜合防控政策措施提供有益的參考數據和資料，為我國社會、經濟、生態可持續發展作出創新性貢獻。

1 農產品產地環境立體污染綜合防控研究進展

新中國成立以來，經過長期不懈的努力，我國農業生產取得了巨大成就。但隨著社會經濟的不斷發展，污染對農產品產地環境的影響越來越嚴重。由于傳統污染控制思路難以解決產地水體—土壤—大氣—生物各界面間立體交叉的復雜污染問題，需用系統工程理論，開展多學科、跨領域交叉研究，尤其是模擬實驗研究，綜合防控污染。為此，中國農業科學院的一批專家經過多年多學科跨領域的研究，于2004年發現并首次提出農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控概念。

從農業生態系統來看，農業立體污染綜合防控研究是由農業生產系統內部引發（污染源）和外部導入（污染匯）所產生的綜合結果，即因不合理的農藥化肥施用、畜禽糞便排放、農田廢棄物處置、耕種措施以及工業、生活廢棄物處理不當及其農業利用等造成農業生態系統水、土、氣等各界面受損的現象。農業污染過程是農業生態系統一種受損的過程，主要是通過各界面間（或界面內）污染物相互轉移、轉化、累積或復合，形成多維（多途徑）的、跨時空的、交叉或循環式污染現象。系統化開展農產品產地立體污染防控科學基礎研究，加速農業“源”、“匯”污染發生和演變規律研究，系統探索污染物循環鏈運行過程，彌補傳統農業污染防控研究中的缺陷，預測和評估未來水、土、氣立體污染對農產品產地環境的影響，已成為保障食品安全、生態環境安全及現代農業可持續發展的戰略需求。因此，建立農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實驗室，已成為當前該領域研究的必然選擇。

該研究領域得到國內外學術界的共識和社會關注，國際上，荷蘭、美國、英國、法國、日本、韓國等10多個國家大學及科研單位專家教授和歐盟、UNEP、UNDP、FAO等相關國際組織都對“農產品產地環境立體污染綜合防控研究”表示了高度贊賞與認同，單邊、雙邊和多邊相關主題、不同形式的國際合作交流已達100次，特別是荷蘭著名的Groningen大學還成立相似研究機構。2005年《中國農業科學》中英文版發表專題文章“農業立體污染及其防治研究探討”。2005年5月，在多位院士支持和10余個研究所（院、中心）科研人員參與下，成立了“中國農業科學院農業立體污染綜合防治與產地環境質量研究中心”。

1.1 科研創新條件和平臺初具規模

2005年成立“中國農業科學院農業立體污染綜合防治與產地環境質量研究中心”后，相繼在寧夏和上海成立了分中心，建立了“農業立體污染綜合防治測試分析中心和信息中心”，在黃河流域、長江與珠江三角洲初步完成了全國九大“農業立體污染綜合防治試驗站（基地）”布局與建設。2007年創建了科技部“農業立體污染綜合防治科技創新門戶網站”，2011年成立了“農產品產地環境質量檢測與監測中心”，初步形成了“農業立體污染綜合防治研究與產地環境質量”研究平臺。

1.2 項目獲取、孵化和帶動成效顯著

“中國農業科學院農業立體污染綜合防治與產地環境質量研究中心”共獲相關國際組織（UNEP、UNDP、FAO等）和中荷、中美、中英、中德、中日、中韓等多邊和雙邊國際合作項目10余項，財政部、科技部、農業部、環保部等各大部委有關重大項目8項，累計完成各類科研任務100多項，直接有關項目總經費約1億元，培育、孵化了有關重大國家級農業環保項目10多項，累計項目總經費超過10億元左右。以“源頭阻斷—過程控制—末端治理”為代表的一系列立體污染綜合防控研究理念，影響并推動了一批環保科研項目研究模式的轉變和發展。

1.3 科研成果初步顯現

沿生態環境、產地環境和環境經濟管理3條主線展開的農業立體污染綜合防控研究與產地環境質量研究與科研平臺建設，經過多年努力，取得了一大批科技成果。據不完全統計，出版了有關專著20余部，在核心期刊發表論文200余篇，其中SCI論文40余篇，獲得科技成果獎4項左右、專利8個，為各大部委撰寫重要規劃10余個，同時，為上級部門和領導撰寫政策建議20余份。

2007年，中國農業科學院科研人員開始撰寫并于2010年10月出版專著《立體污染綜合防治——農業卷》，對于充分利用農業自凈生產和農業凈化能力，從理論與方法上全面開創了農業污染防治的新思路。2013年《農業立體污染綜合防治理論與實踐·江河流域與平原卷》正式出版，該書首度提出了區域治理農業立體污染模式的概念，以我國重要農業生產區域的平原與江河流域農區為重點研究對象，從區域典型主要污染物入手，從農田農業立體污染發生、發展和區域特征出發，圍繞農業立體污染鏈全程防控這一主線，研究了水體—土壤—生物—大氣系統中污染物阻斷技術、遷移轉化控制技術等高新技術。2016年1月10日，召開了“新時期農產品產地立體污染防治與綠色增產增效集成技術示范工程”專家論證會，會上對有關科研人員10年來在該領域的研究工作中作出的成績給予了很高的評價。

2 關于建立首個農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實驗室的思考

總體思路為農產品產地（水、土、氣）立體污染綜合防控的機理研究及其示范推廣工作，具體包括：①搭建平臺；②樹立品牌；③盤活存量；④聚集資源；⑤謀劃增量；⑥創新機制；⑦加強研發；⑧補齊短板；⑨措施保障；⑩分期實施。

2.1 科研模式

針對污染物在農業生態系統中的來源與立體化釋放機制、污染物在農業生態系統中的立體化形成過程機制以及立體污染對產地生態系統的作用機制等主要關鍵科學問題，建議在3個層面重點研究。

2.1.1 基礎學科

圍繞農業立體污染發生演變特征、成因和調控農業立體污染的機理等主要科學問題，利用物質守恒定律、生態循環和循環經濟等理論，系統地闡明污染物的產生、污染物的轉化及遷移、污染物富集及降解等演變規律。重點開展界面內污染物立體化溯源識別與高分辨記錄指紋界定、水土氣生(SPAW)系統污染鏈的形成過程與作用機制和不同農藝措施下農業立體污染鏈流量與去向調控方面的研究。

2.1.2 應用基礎

通過控制整個農業立體污染的循環鏈，優化農業生態系統“整體—協調—循環—再生”的管理，研究農業立體污染監測方法、綜合防控技術與調控措施。以主要產地投入物、生產過程控制為重點研究對象，開展界面內污染物立體化溯源識別與界面間交叉傳輸監測、土生氣水（SPAW）系統立體污染演變規律和主要農業污染物立體化系統控制與優化管理模式3個方面的研究。

2.1.3 模擬研究

通過農產品產地立體污染模擬系統建設和干預或調控生產過程，模擬研究農田生產系統的環境容量、閾值及自潔功能，為模擬多源污染發生與控制提供基礎數據，包括產地質量偏途臨界值確定與立體污染的環境安全容量研究和主要農業污染物立體污染發生機理與動力學模擬研究。

2.2 創新模式

農產品產地立體污染綜合防控模擬研究在原始創新、引進消化吸收再創新的基礎上，把集成創新作為戰略突破口。一是針對農產品產地立體污染綜合防控研究工作中的重大科技需求，集中科技資源，促進相關技術的有機融合，實現集成創新。二是對現有技術、資金、市場和人才等資源集成，不斷優化創新資源配置，夯實創新基礎。三是優化集成創新的組織機制，提高創新效率。

2.3 投入模式

農產品產地立體污染綜合防控模擬研究的高效投入機制應體現在開源、節流與挖潛3個方面：一是開源，主要是改善資金籌集環境，開發國內、國際兩大資源。二是節流，主要是克服體制性障礙，建立科研資金高效運作機制。三是挖潛，主要是構建全方位共享平臺，挖掘科研投入存量潛力。

2.4 發展模式

農產品產地立體污染綜合防控模擬研究應設立科研專項，設計學科發展規劃，培育重點研究領域，創建國家級農業污染立體防控科技創新條件，在農業立體（水—土—氣—生）污染綜合防控、立體監測、信息集散、科技創新、技術示范與產業化等層面，形成綜合科技支撐能力，為我國農產品的有效供應和質量安全作出貢獻。

2.4.1 技術路線方面

農產品產地立體污染綜合防控模擬研究繼續強調農業系統是復雜的生態大系統，農業污染是復雜的復合污染，其防控是一項復雜的系統工程。只有通過控制整個立體污染綜合防控研究的循環鏈，打斷農業污染的往復循環和互為因果的各個環節，即采用源頭阻控、過程阻斷和末端治理的綜合治理思路，才能從根本上解決農業污染問題。

2.4.2 方法體系方面

農產品產地立體污染綜合防控模擬研究遵循生態學、系統工程學、環境科學與農業資源利用等學科的原理與方法，構建我國農業立體污染綜合防控研究監測與信息網絡，摸清農業立體污染綜合防控研究的底數，建立農業立體污染綜合防控平臺，整合我國農業污染防控資源，篩選出關鍵防控技術，進行農業污染的綜合防控。

2.4.3 大數據方面

當前物聯網、云計算和大數據等信息技術發展迅猛，為信息化和農業現代化的“兩化融合”，包括農產品產地立體污染綜合防控全程信息化監控提供了前所未有的創新發展機遇。農產品產地立體污染防控云服務與決策支持平臺是利用傳感物聯信息采集、云計算大數據信息處理、智能決策支持等最新信息技術，全面、系統和及時地對農業立體污染進行全程、立體監測，及時有效地獲取農業立體污染全息信息，同時融合相關農業農情和氣象信息，形成農產品產地立體污染綜合防控大數據，并進行科學高效的分析處理。

1005-2690（2016）10-0052-03

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2016-09-01）