科技發力打贏農業面源污染防治攻堅戰

文/鄭戈 熊煒 農業農村部科技發展中心

農業資源環境是農業生產的物質基礎，也是農產品質量安全的源頭保障，更是實現社會可持續健康發展的重要基礎。隨著社會經濟的發展，特別是工礦業發展和化肥農藥等投入品的普及，農業環境問題頻發，其對農產品安全和人民身體健康的影響越來越引起廣泛的社會關注，農業資源與生態環境保護已經成為新時代農業農村可持續發展的重大戰略選擇。

黨的十八大以來，綠色發展成為新的發展理念，“綠水青山就是金山銀山”的理念日益深入人心。國家不斷加大對農業資源與生態環境保護工作的投入力度，相繼啟動了一批科技計劃，建設了一批試驗示范基地，探索出一批具有中國特色的農業可持續發展模式。特別是自2016年起，中央財政投資近10億元啟動了“農業面源和重金屬污染農田綜合防治與修復技術研發”重點研發專項，集中了我國農業環境領域的主要科研單位和優勢研發團隊，著力開展農田面源污染、農田土壤重金屬污染等方面防控機理研究，突破農田面源污染物和重金屬溯源、遷移和轉化機制、污染負荷及其與區域環境質量及農產品質量關系等理論，以及氮磷、有毒有害化學/生物、重金屬、農業有機廢棄物等農田污染物防治與修復的關鍵技術瓶頸，提升我國面源和重金屬領域裝備和產品的標準化、產業化水平。

通過幾年的實施，“農業面源專項”在理論機制研究、技術產品創新、標準規范制定以及成果轉化示范等方面都取得了一批重大標志性成果，為保障農產品質量安全、滿足國家環境安全重大戰略需求，提供了重要的技術支撐：在農業氮磷流失防控方面，根據第二次全國污染源普查現場調查數據，畜禽養殖COD排放量比2007年第一次污染源普查有較大幅度下降，農田總磷的流失量也有所下降；在重金屬污染防治方面，完善和深化了農產品產地環境監測、風險管控、風險評價、安全生產、修復治理、分級分類等幾方面的研究，形成了技術框架，為相關部門出臺相關導則、標準和規范提供較為堅實的技術基礎；在農業環境監測預警方面，推進了我國農田污染長期監測系統的構建和應急監測能力的提高。由于這一系列重大科技成果的支撐，近幾年，我國沒有發生重大農產品質量安全事件，沒有發生農業產地嚴重的污染事件，也沒有發生農業生產本身對環境的污染事件。2018年國家農產品質量安全例行監測抽檢總體合格率達到97.5%。

成果顯著 實現突破

以“農業面源專項”為代表的相關科技計劃，以我國農業面源污染高發區和重金屬污染典型區為重點研究區域，涉及農業面源污染防治、農業廢棄物發酵技術、重金屬阻控及重金屬中輕度污染農田修復與安全利用四大領域，并取得了顯著成果。

基本摸清了全國農田重金屬污染的基本情況。2014年起，國家在第一次污染源普查的基礎上，又啟動了全國農田土壤重金屬污染詳查，基本摸清了全國農田土壤重金屬污染的基本情況，也開展了農產品產品重金屬污染與農產品質量的關聯性研究。

構建了一批重要防控理論體系和方法原理，有效提升了技術研發創新度。初步明確了典型徑流易發區農田系統氮磷遷移轉化過程與流失的主控因子，建立了農田氮磷積累速率及流失通量的多尺度觀測與估算方法；自主建立了化學污染物的同位素標記合成方法，開發了典型污染物的分析檢測技術；初步明確了農業廢棄物好氧轉化碳氮磷硫轉化規律與損失驅動因子；初步建立了區域尺度農田與農產品重金屬數值法污染源解析方法，闡明了土壤重金屬的生態毒害機理及模型和生態風險評估方法及標準化等。

形成了一批關鍵性新技術、新工藝和新產品，有效提升了與產業需求的關聯度。研發了溝塘調蓄功能提升及氮磷阻控能力強化技術、疲勞型旱地農田生態農業修復技術、碳氮磷水協同調控提升作物氮磷吸收利用技術；初步掌握了我國主要有機肥廠工藝方法、堆肥原料、堆肥及有機肥樣品的理化指標、微生物菌群等，研發智控系統、菌劑、好氧一體化、自動化設備；初步確定了農田中酞酸酯及農藥類污染物環境限制值的計算毒理模型，形成了農田抗生素、激素等污染物的生物炭吸附催化降解技術與產品；研發了硒硅葉面阻隔劑新產品、高效鎘砷同步鈍化劑，研發了重金屬萃取植物材料創新和規模化繁種技術與裝備，以及低廉高效環境友好鎘砷鉛化學活化劑等。

集成落地了一批創新修復模式，開展區域環境污染防控的技術集成示范，有效提升了對產業發展的貢獻度。在京津冀城鄉一體化區域：河北青山縣和饒縣核心示范區磷污染負荷比項目實施前減少 25%以上，土壤磷素淋失降低 50%以上，降低土壤農藥殘留 30%以上，重金屬鈍化超過 30%以上；黃淮海農區：在北京市、天津市、河北省、河南省、山東省設施蔬菜主產區建立 5 個核心示范區，設施農田土壤重金屬有效態降低近 50%，目前農戶對重金屬鈍化劑應用效果反響良好；在長江中下游水網區：形成了面向規模化稻田的省工高效型和綠色優質型面源污染綜合防控集成技術模式，集成了源頭減量、過程攔截以及養分再利用等多項技術，集成度 80%以上，降低氮、磷流失負荷的28.3%和47.6%；在西南中南區：建立中南鎘砷污染農田植物萃取、植物葉面阻隔、農田鈍化、耕地安全利用及綜合防治修復技術示范區，土壤鎘砷活性降低60%以上；在東北西北區：通過分析氮磷流失規律，初步提出氮磷流失防控技術清單，開展了秸稈和畜禽糞便資源化高效利用技術與裝備研發。在西北地區，示范地表殘膜回收作業，回收率達到 87%；在東北地區：初步獲得了增密減氮以及側條施肥相關技術參數，實現肥料減量10%以上，減少氮素流失16.5%～20.9%。

階段成果 引領未來

多年來國內外的實踐證明，治理農田土壤環境污染，必須依靠科技。黨的十八大以來，以“農業面源專項”為代表的相關科技計劃項目取得了一批重大階段性成果，其中既有理論上突破，又有共性關鍵技術和產品的創新，更有廣泛的實踐應用。據不完全統計，截至2018年年底，僅“農業面源專項”就已在全國27個省（市、自治區）建立了107個示范點，示范技術174項、產品44個，進入了9個國家級示范區和9個省級示范區。

初步揭示和豐富了氮磷流失阻控機理。該成果在我國氮磷生態脆弱區和潛在脆弱區的劃分機制與應用方面，定量了縣域尺度農牧系統氮磷養分環境排放的歷史變化和熱點區域，初步劃分了我國氮磷生態脆弱區和潛在脆弱區，為推進化肥減施、有機肥替代、畜禽糞尿資源化、面源污染阻控和農業綠色發展等國家重大行動提供了支撐；開展的我國徑流易發區旱作和水田地表徑流氮磷流失機制研究，系統揭示了長江流域農田總氮和總磷徑流流失強度的空間變異和平均流失強度，以及農田地表徑流氮磷流失的主要來源，并初步構建了我國徑流易發區旱作和水田地表徑流氮磷流失數據庫；在稻田氮磷流失機理模型構建方面，提出了基于三基點的光合作用溫度響應方程和氮磷限制下光合產物分配模式，有助于我國稻田作物生長模塊的改良和優化；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險評估難題。構建的基于粒子濾波的參數最優系統，提高了3種種植制度稻田水量平衡、作物生長與光合產物分配，以及氮磷流失與淋溶的模擬精度。以上理論成果，為推進“一控、兩減、三基本”和打贏農業面源污染攻堅戰提供了重要的理論基礎和科技支撐。

形成重金屬污染農田安全生產技術體系并大規模應用。該成果的核心技術包括低累積品種、土壤鈍化、水肥農藝調控等，已經在湖南、廣東、浙江等重金屬污染區域開展了大規模應用，有力保障了這些地區的農產品安全。

該技術體系中，創新與突破主要體現在以下3點：一是提出了重金屬污染區域類別劃分方法，建立了主要農產品禁產、限產、宜產區的技術標準和方案，篩選適宜禁產區推廣應用的替代植物，保證了禁產區耕地的安全利用；二是建立了分子標記輔助篩選與評比技術，通過全基因組數據確定低重金屬分子標記，環境上觀測表型特征，篩選出重金屬累積相對較低、環境表現穩定的目標品種；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集成與應用，創新性地提出了稻田調控鐵循環降低土壤中鎘砷活性與移動性，以及調控水稻硅硒營養阻隔鎘砷轉運的新思路，并根據這個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%。這些產品和技術已經在多個國家級重金屬污染治理先行區和省級示范區應用超過200萬畝次，并且發展為我國稻田重金屬污染治理的主推技術之一，形成了稻田鎘砷污染阻控“新原理—新技術—新產品”的創新鏈。相關成果獲得廣東省技術發明一等獎；第十屆大北農科技獎環境工程獎；第二十屆中國發明專利銀獎。

研發出農業廢棄物一體化處理槽式好氧發酵系統和筒倉式反應器系統。我國研發出國內首套連續動態槽式好氧發酵系統，實現了堆肥的規模化、自動化和工業化。與國際先進的德國巴庫斯槽式系統相比，在處理量相當的情況下，物料混合更均勻、移動更精確，設備功率降低了近60%，發酵時間縮短了13天，運行成本節省1倍以上，為大中型規模養殖場畜禽糞便堆肥處理及有機肥廠建設提供了技術保障，并已推廣84套。

我國還率先在國內研制出針對中小型規模養殖場畜禽糞便處理的系列一體化智能筒倉堆肥反應器，具有發酵周期短（7天）、節省占地面積（40平方米/臺）、無需添加輔料、臭氣密閉集中處理、無二次污染等特點。與國際先進的日本COMPO堆肥反應器相比，在相同運行時間內處理能力提高了25%，節省能耗17%，溫室氣體減排60%以上，打破了國外技術壟斷，達到了國際領先水平，為中小規模養殖場畜禽糞便就地處理提供了解決途徑。

化學污染物的同位素標記合成方法及監測標準。該成果攻克了高比活度同位素標記農藥合成中的技術瓶頸，于國際上首次建立了安全高效的放射性標記毒死蜱非氯氣取代微量合成方法，在國內首次自主合成了高比活度14 C-毒死蜱，開創了苯環標記的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率。該成果為從質量平衡角度溯源追蹤有毒有害化學污染物在環境介質中的遷移轉化、殘留代謝，尤其是結合殘留定量表征等相關研究奠定了基礎。開發的基于分子標記物的環境多種宿主糞便污染高通量溯源技術方法，可同時針對 10 余種動物糞便污染進行溯源。

科技創新 綠色發展

破解我國農業可持續發展面臨的資源與環境雙重約束的難題，必須依靠農業生態與環境領域的科技創新，必須為農業的可持續發展提供堅強的科技支撐。黨的十八大以來，黨和國家高度重視農業綠色發展，采取積極措施，提升農業生態環境安全質量水平，確保產品質量安全。特別是“十三五”開始實施 “農業面源專項”以來，廣大科技人員堅持“三個面向”，主動作為，提升原始創新、繼承創新和吸收消化再創新的水平和能力，形成了一批受用戶歡迎、技術普適性高、經濟成本可接受、操作比較簡單的實用技術、技術體系或者模式、范式，科技創新成果走進千家萬戶，落地生根，在促進和提升農業生態環境質量改善、農產品質量安全和生態文明建設方面發揮了積極作用，促進農業農村生產、生態和生產融合，為實現鄉村振興目標和農業綠色可持續發展提供了強有力的科技支撐，彰顯了強大的生命力。