農業面源和重金屬專項實施進展與主要成效

熊煒，杜會英，徐長春，鄭戈*

（1.農業農村部科技發展中心，北京100122；2.農業農村部環境保護科研監測所，天津300191）

“農業面源和重金屬污染農田綜合防治與修復技術研發”重點專項在科技部統一領導下，在農業農村部、生態環境部、教育部、自然資源部、中國科學院等相關部委的大力支持下，以問題和任務目標為導向，緊密圍繞國家和產業發展的重大需求，以我國農業面源污染高發區和重金屬污染典型區為重點，以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創新為驅動力，經過5 年的努力，基本突破氮磷、有毒有害化學/生物、重金屬、農業有機廢棄物等農田污染物全方位防治與修復關鍵技術瓶頸，提升了我國面源和重金屬領域裝備和產品的標準化、產業化水平。

1 總體情況

專項按照基礎研究、共性關鍵技術和技術集成示范的全產業鏈3 個層次，設置了35 個項目，其中基礎研究設置7 個項目，共性關鍵技術研發設置15 個項目，技術集成應用示范設置13 個項目。專項總體實施周期為2016 年1 月1 日至2020 年12 月31 日，預算總額6.23 億元。從年度立項情況來看（表1、圖1），2016 年立項11 項，涉及基礎研究4 項，共性關鍵技術研究類5項，集成示范類2項；2017年立項15項，涉及基礎研究3項，共性關鍵技術研究類9項，集成示范類3 項；2018 年立項9 項，涉及共性關鍵技術研究類1項，集成示范類8 項。專項經費情況見表1、圖2 和圖3。目前各項工作正在順利實施中。

圖1 2016—2018年立項項目數Figure 1 The number of projects approved from 2016 to 2018

專項共由26 個單位牽頭承擔，全部為大專院校和科研院所，其中：大專院校8 個，占單位總數的30.8%，承擔了10 個項目，占項目總數的28.6%；科研院所18 個，占單位總數的69.2%，承擔了25 個項目，占項目總數的71.4%。

圖2 2016—2018年立項項目經費數Figure 2 Project funding from 2016 to 2018

表1 立項數量和經費數量統計Table 1 Statistics on the number of projects approved and the amount of funds

圖3 2016—2018年不同地區項目經費數Figure 3 The amount of project funds in different regions from 2016 to 2018

從地域分布看，35 個項目分布在12 個省份，其中：北京10 個，天津5 個，江蘇和廣東各4 個，浙江3個，河北和湖南各2 個，黑龍江、新疆、重慶、陜西、山東各為1 個。從項目數量和獲批經費金額來看，北京獲得的經費也最多，其次是天津、江蘇和浙江。

專項有2 150 人參加（圖4），其中正高級職稱493人，副高級職稱610人；博士1 162人。

圖4 2016—2018年項目人員職稱情況Figure 4 Title status of project personnel from 2016 to 2018

2 進展和主要成效

與“十二五”末期國內本領域研發水平相比，專項在基礎研究、關鍵共性技術研發和集成示范等方面取得了顯著成效，部分領域有突破性進展，已經形成近50項標志性成果，獲得省（部）及國家獎勵近30項。

2.1 基礎理論研究領域

基礎理論研究領域產生了一批重要理論創新，有效支撐了共性技術研發和集成示范建設。專項共產生重要理論創新超過20 項。首次識別了我國稻田氮磷流失空間格局和稻田氮磷“源匯”功能，構建出不同水稻主產區流域尺度氮磷流失污染風險評估體系。明確了氮、磷在土壤中的運移淋失控制機制，提出了基于全國尺度的硝酸鹽脆弱區農牧業硝酸鹽淋失消減措施；構建區域尺度農田與農產品重金屬污染源解析方法，闡明了復合污染重金屬在土壤界面的分子作用，以及農田重金屬遷轉與農產品質量關系的機理機制。自主建立了有毒有害化學污染物同位素標記合成方法，以及去除和調控農田典型有機污染物的方法原理[1]。

2.1.1 農田氮磷污染負荷與區域環境質量關系的機理機制

初步明確了氮、磷在土壤中的運移淋失控制機制，構建了包含大孔隙優先流和磷素遷移化過程的土壤水熱碳氮磷動態模擬軟件（WHCNSP）V1.0，建立了基于物聯網的地表水和地下水水量水質自動監測平臺，提出了基于我國硝酸鹽脆弱區農業和畜牧業硝酸鹽淋失的消減措施；評估了稻田控水減排措施對水稻生長及稻田氮磷流失的影響，系統分析了典型種植模式下稻田氮磷流失特征，識別了氮磷流失關鍵風險期，構建了不同水稻主產區流域尺度氮磷流失污染風險評估體系，多時空尺度闡明了徑流氮磷流失的變化規律、驅動因素及主控因子；初步明確了農業廢棄物好氧轉化碳氮磷硫轉化、損失規律及損失驅動因子，初步闡明了農業廢棄物好氧生物轉化過程中腐殖質的化學組成與動態變化規律等。

2.1.2 農田重金屬污染遷轉與農產品質量關系的機理機制

構建區域尺度農田與農產品重金屬污染源解析方法，初步建立了土壤作物系統重金屬源匯耦合機理與多尺度模型，不同鎘、鉛、汞作物吸收預測模型，土壤鎘、鉛、汞生物有效性預測模型，土壤砷、鉻生物有效性預測模型，流域尺度重金屬通量估算模型；初步闡明了重金屬吸附的微界面模型與機制，明確了土壤-水微界面體系下砷的吸附機制以及pH、磷酸根和有機質等的影響以及共存離子和有機質的影響；闡明復合污染重金屬在土壤界面的分子作用機制、農田土壤-植物體系中形態分配與競爭機制，探索不同重金屬污染程度的農田土壤微生物群落結構變化與農田土壤質量和健康的內在關系，揭示不同類型地質高背景地區農田土壤重金屬生物有效性規律等。

2.1.3 化學污染物的同位素標記合成方法及監測標準研制

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14C-毒死蜱；同時優化了14C-磺胺嘧啶和14C-磺胺甲惡唑的微量合成方法，開創了苯環標記的14C-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，獲得了高比活度的14C-磺胺嘧啶標記化合物，并摸索出全新的14C-乙酰化磺胺嘧啶（Ⅵ）的合成方法，使我國在該領域達到了國際先進水平，有效解決了該領域關鍵技術和卡脖子的難題，也有效促進了化學與生物合成技術、化學檢測、同位素示蹤等技術以及環境化學、環境科學、農藥學等相關領域科學、技術進步和科技創新整體水平提升。

該成果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，尤其是為結合殘留定量表征等相關研究奠定了基礎，明確了典型酞酸酯類物質在東北和黃淮海地區的污染特性和分布規律，建立了所有類固醇激素的高效定量檢測方法，構建了典型種植制度下農田污染因子監測與評估指標體系，為我國污染土壤的風險識別與預測、污染物的臨界負荷探究等提供有效的標準和依據。

2.1.4 基于生源要素氧化還原耦合的污染消減調控原理與方法創新

該成果基于微生物代謝過程干預的調控思路，在強化稻田有機氯農藥污染消減方面初步闡明了可通過外源添加電子供體促進有機氯農藥的還原脫氯降解，且可同時非選擇性促進溫室氣體甲烷的產生，證明乙酸鈉是調控有機氯污染消減與稻田土壤自然氧化還原過程間相互作用的最佳電子供體。初步闡明了稻田中存在的選擇性電子受體會顯著影響殘留有機氯農藥的還原脫氯消減過程。通過外源調控手段干預土壤中選擇性電子受體的還原過程可有效促進有機氯農藥的污染消減，闡明了生物質炭作為一種電子穿梭體通過對電子分配和電子傳遞流向的影響，調控土壤中有機氯農藥脫氯降解與土壤本底還原過程間的耦合關系。

2.1.5 包氣帶生物反硝化脫氮阻控機制

該成果明確了反硝化功能微生物的優勢菌群，揭示了厚包氣帶土壤全剖面生物反硝化脫氮的修復阻控機制，以及添加碳源對土壤反硝化脫氮的影響機制，構建了基于大孔隙優先流和磷素遷移轉化過程的土壤水熱碳氮磷動態模擬軟件（WHCNSP）V1.0，確定了環境因素中對厚包氣帶氮磷淋失的關鍵限制因素，為“根層截氮包氣帶脫氮”的阻控機理找到了突破口，有效解決了該領域關鍵技術和卡脖子的問題。初步劃分了我國氮磷生態脆弱區和潛在脆弱區。促進了土壤淋溶、地下水質量安全與監測、農業面源污染綜合防治等相關領域科學、技術進步和科技創新整體水平提升，對推動土壤環境科學、農產品質量安全、全球碳氮循環等學科領域發展起到了積極作用，提升了整體創新水平和能力，具有廣闊的應用前景。

2.1.6 我國氮磷生態脆弱區和潛在脆弱區劃分機制與應用

該成果針對我國農田系統區域尺度氮磷淋溶損失時空變化規律和防控機制研究的不足，項目研究團隊應用NUFER 模型，并與建立的地下水硝酸鹽監測網監測數據、環境公報發布的水質數據、分縣農業統計資料和土壤地質信息等數據結合，定量了我國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。首次劃定了我國氮磷生態脆弱區，并擬建立針對氮磷脆弱區的養分優化管理和面源污染防控方案，有望形成基于“國家脆弱區劃定-流域閾值卡口-縣域總量控制-農戶精準實施”的氮磷面源污染多尺度管控機制。該研究初步劃定了我國農業源氮磷生態脆弱區并構建了評估體系，為進一步提出面源污染區域阻控和流域治理策略提供了科學依據，更為推進化肥減施、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抓手。

2.1.7 農田氮磷流失預測模型構建

該成果在WNMM（Water and Nutrients Management Model）模型模擬農田氮磷縱向淋溶流失的基礎上，開發了農田氮磷的徑流流失估算和融入生源要素生態化學計量學影響的土壤有機質分解的新計算方法，即WNMM_CNPloss 模型。采用WNMM_CNPloss模型模擬了長沙縣金井鎮低崗梯田和沖底不同農藝措施下雙季稻田農田氮磷流失過程，研究結果表明WNMM_CNPloss 能較好地模擬稻田氮磷流失事件和強度。

2.1.8 生理生態過程的稻田氮磷流失機理模型與應用

該成果以陸面模式ORCHIDEE-CROP 為平臺，利用基于水肥運移過程梯級觀測網絡數據，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，實現了中國稻田作物生長模塊的改良和優化。提出基于多叉樹遞歸遍歷搜索算法的田-溝-塘匯流演算算法，解決了從稻田到溝渠和周邊水體的氮磷水污染風險分析。改進了基于物理的溶質運移，體現“水-土”界面氮磷釋放作用的徑流方程。改進了淋溶方程、Jayaweera-Mikkelsen 氨揮發、反硝化的地帶性響應模式的稻田氮循環模塊。構建了基于粒子濾波的ORCHIDEE-CROP 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、氮磷流失與淋溶的模擬精度，明確了3種種植制度的主要模型參數。

2.1.9 好氧堆肥腐殖化過程的微生物學驅動機制

該成果發現好氧堆肥過程中強化纖維素和木質素的降解可以促進腐殖質形成，并證實堆肥二次發酵過程中腐植酸合成因子是堆肥腐殖化進程的重要作用因子。發現在堆肥降溫期接種P. chrysosporium 提高木質素過氧化物酶（Lip）、錳過氧化物酶（Mnp）活性，進一步強化堆肥二次發酵過程中纖維素和木質素的降解，可以促進堆肥腐殖化過程，而漆酶（Lac）活性可能主導了堆肥二次發酵過程中腐植酸的合成過程。項目首次將堆肥腐殖化過程與微生物群落偶聯，發現平革菌屬（Phanerochaete）、鬼傘屬（Coprinopsis）和踝節菌屬（Talaromyces）可能是堆肥后期腐殖質合成的重要驅動微生物。

2.1.10 土壤鎘、鉛、汞生物有效性回歸模型

該成果基于全國21 種不同類型土壤開展作物盆栽試驗，建立Pearson相關性分析-多元逐步回歸分析（共線性診斷）-模型標準化-計算模型因子貢獻率的處理流程，明確了控制土壤重金屬生物有效性的主控因子，在此基礎上構建了基于辣椒和小麥可食部位重金屬累積的土壤鎘、鉛、汞生物有效性回歸模型，可用于解釋和預測植物果實部累積情況以及與土壤理化性質之間的關系。田間驗證結果顯示模型對擬合數據范圍內的樣本預測效果良好。

2.1.11 土壤重金屬農產品質量安全和生態安全閾值預測模型

該成果構建了土壤中外源鋅的老化半機理模型（Sqrt-模型和Erfc-模型）。建立外源全量鋅的生態閾值預測模型；利用余差互補函數，建立通過土壤性質（土壤pH、老化時間、土壤有機質）和溫度同時預測銅的短期和長期老化過程的新老化模型，并建立基于土壤浸提態銅的生態閾值預測模型。

2.1.12 農用地重金屬安全閾值研究方法與應用

該成果對農田系統重金屬遷移轉化和安全閾值研究中系統性、定量化，以及與技術和管理有效融合不足等問題，以“含量/形態、過程、效應、風險、模型、閾值”為主線，系統地開展了重金屬在典型農田土壤固相-溶液-生物-評估終點（農產品和生態安全）全過程的遷移轉化、量化模型和評估方法研究，確定基于農產品安全和生態安全的土壤重金屬安全閾值。建立了土壤重金屬農產品和生態風險的安全閾值模型和方法，提高其確定性和適用性，在保障農產品質量安全、指導農田重金屬污染預測防治等方面具有廣闊的應用前景。

2.2 共性關鍵技術領域

關鍵共性技術研發呈體系化、深度化發展，形成了技術-產品（材料、設備）的創新鏈和產業鏈。專項共研發出農業面源與重金屬污染綜合防控與修復新工藝、新技術、新方法近180 套，新產品、新裝置超過130 個。形成的中國稻田氮磷流失綜合防控技術體系等覆蓋大范圍的技術體系和關鍵技術裝備，核心示范區負荷消減30% 以上。高效鎘砷同步鈍化技術體系及新型材料，已成為我國農田重金屬污染治理的主推技術之一。農業廢棄物和養殖糞污系列自動化處理裝備，達到了德國巴庫斯等國際先進設備水平，顯著推進了國內相關領域的大規模工程應用。研發的秸稈處理與施肥或地膜收獲等多種農藝措施結合的多功能農業機械和配套技術，有力配合了各地秸稈、地膜等廢棄物處理工作。農田污染天地一體化動態監測網絡構建技術，突破了快速檢測、遙感識別和地面監測網絡優化等關鍵難題，為建立我國農田污染自動化檢測監測體系打下了基礎。

2.2.1 長江上游坡地氮磷徑流遷移的生態溝渠攔截技術

該成果針對不同區域的生態溝渠消減技術集成不同的技術模式。其生態渠系主要技術模式為“農渠為主，斗渠匯合”。技術模式主要是指農渠作為生態渠系截污凈化的核心，輔以斗渠生態恢復，支渠或干渠作為生態渠系截污凈化的補充，構建此區域農田生態渠系的主要模式。

2.2.2 基于低積累作物的污染耕地安全利用技術

該成果首次發現了參與鎘轉運的超家族轉運蛋白OsCd1基因，創新性提出了基于表型篩選和分子標記相結合的低累積作物品種篩選技術體系，以及鎘、砷超富集植物優良生態型評價指標體系，建立了低累積作物和超富集植物間套作模式，并開展多地多點田間應用示范。初步建立低累積水稻品種評比方法體系，形成基于低積累作物的污染耕地安全利用技術模式，為我國中低污染耕地的安全利用提供了實用性解決方案。該成果促進了農產品質量檢測與監測、作物育種與環境效應等相關領域科學、技術進步和科技創新整體水平提升。

2.2.3 低累積作物-超富集作物間套作高產高效修復模式集成

該成果以篩選出適合南方和北方地區鎘、砷污染的水稻、玉米等低積累作物品種和適合于間套作的優良生態型超富集植物為研究目的，通過對低累積作物和超富集植物間套作復合體系的時空配置優化與調控技術優化，構建形成適用于我國南北方多類型鎘砷污染旱地、稻田的低累積作物-超富集作物間套作等高產高效的間套作修復技術模式。各項技術模式統籌作物穩產-糧食安全-修復效率，效果明顯突出，實現了重金屬污染農田的安全利用和高效修復。

2.2.4 堆肥智能測控系統

該成果研發的堆體溫度、含水量、氧氣傳感器通過課題內外實地應用，進一步熟化相關傳感器，在氧氣氣路結構優化、含水量動態校對方面形成突破，提高了傳感器的準確性與可靠性，具有成本低、可靠性高的特點，且與當前物聯網與信息技術契合，具有較好的市場前景。確立堆肥專用多點溫度、溫度含水量一體、氧氣、臭氣方面感知方案，能夠靈活根據需求搭建一體化好氧發酵測控系統，實現環境數據自動采集存儲、鼓風曝氣的定時定量控制。

2.2.5 農業有機廢棄物一體化好氧發酵原料配方及關鍵工藝技術優化

該成果從農業有機固體廢棄物資源化利用角度出發，設計了以牛糞、玉米秸稈、沸石、腐植酸為原料和填充料的高溫堆肥體系，研究了沸石、腐植酸及不同施用量的菌劑在堆肥進程中對溫度、水分、氧氣濃度等堆體物理性狀變化特征的影響，掌握了堆肥體系中堆體物理變化規律、氨排放規律、氮素保留規律，為牛糞堆肥研究的進程推進和廣泛推廣提供了理論基礎。

2.2.6 沼渣一體化制肥與污染物去除技術

該成果針對沼渣制肥周期長、高值化利用過程中重金屬去除困難、沼渣產品附加值低等問題，研發了沼渣一體化制肥與污染物去除新工藝。該工藝通過自主研制沼渣一體化設備，集成自動在線監測技術智能軟件包和智能生物除臭技術裝備，能夠實現沼渣快速制肥，高溫期持續7 d，連續發酵15 d后即可達到無害化和腐熟要求。本技術在有機肥制造等方面有廣闊的應用前景。

2.2.7 有效降低稻米鎘含量的“VFR”模式

該成果針對稻米鎘污染問題，提出了一種“低積累品種+施用堿性肥料+噴施葉面調理劑”的技術模式，簡稱“VFR”模式。該技術能通過提高根系和莖葉的兩段阻控能力，有效降低稻米中的鎘含量。研發的葉面調理劑適合無人機噴施，成本低、效率高、可重復、易推廣。

2.2.8 黃淮海小麥玉米主產區氮磷淋失阻控技術與產品研制

該成果針對黃淮海小麥/玉米農區長期采用秸稈淺旋耕還田、淺層少免耕，以及過量施肥等管理方式造成的耕層土壤變淺、固碳保肥能力差等問題，形成“碳歸還調蓄擴容、均衡分層施肥、優先流氮磷淋失阻斷”關鍵技術，并研制開發了配套的農機裝備、創新材料、優化工藝，形成了增效復混肥、生物炭基肥、秸稈高效腐解菌劑、高碳有機肥、穩定性肥料以及反硝化菌劑等系列產品，構建了以分層施肥氮磷高效利用技術模式、秸稈深還增碳固氮技術模式為核心的冬小麥氮磷增效阻控技術模式，形成的技術模式具有明顯的先進性和很好的經濟實用性，為黃淮海地區小麥玉米農田面源污染防控提供了有力的技術支撐。

2.2.9 系列厭氧發酵核心裝備

該成果針對4 種厭氧發酵工藝缺乏國產核心裝備的問題，自主研發反應器、進出料、攪拌等技術裝備，設計開發了干法連續厭氧發酵裝備，可實現進出料過程中的動態密封，與螺旋輸送機結合，較柱塞泵節能30%。針對高負荷濕法厭氧發酵，設計開發了兩種組合式機械攪拌設備，已應用于5 000 m3厭氧反應器內，且可在不清罐條件下進行在線維護及維修。

2.2.10 高負荷穩定厭氧發酵配套保障技術

該成果以畜禽糞便、秸稈、尾菜等農業廢棄物為原料，以干法連續、干法批式、濕法單相、濕法兩相4種厭氧技術為重點，針對運行效率與穩定性相矛盾的核心問題，研發了“原料數據庫+預處理+多元混配+過程調控+生物強化”組合技術，獲得了解除酸抑制的生物強化菌劑，對丙酸耐受能力＞11 g·L-1。

2.2.11 設施農業氮磷淋溶阻控技術

該成果結合前期項目產品，從投入品與土壤環境調控角度出發，集成投入品氮磷形態調控、高碳低氮磷物料替代（土壤C/N＞9）、微生物調控、根系布局微生態調控、物理阻隔、填閑消減、肥料產品結合最小淋失智能控制等關鍵技術，形成北方典型設施農業氮磷淋溶阻控技術。從田塊和區域尺度入手，采用種植制度優化與生態攔截相結合的方法，集成固氮作物輪作制度調整技術、深淺根系作物間套作技術、分段式生態溝渠凈化等關鍵技術，形成南方典型設施農業氮磷徑流排放阻控技術。項目技術兼顧地表水安全和蔬菜優質生產，為區域設施蔬菜結構布局和氮磷循環利用提供了技術支撐。

2.2.12 農田典型農藥微生物降解技術與產品

該成果針對農田典型農藥污染，首次篩選獲得了多種除草劑（乙草胺、丁草胺、異丙隆、苯磺隆、甲磺隆、莠去津）、啶氧菌酯殺菌劑和菊酯類殺蟲劑的高效降解菌及菌系，構建了高效降解菌劑的高密度中試發酵工藝；開發出適合污染農田使用的菌體固定化技術和菌劑產品，建立了除草劑污染農田土壤微生物修復技術。首次發現除草劑降解新菌種，且創制出菌劑應用于生產，在除草劑污染農田土壤微生物修復方面取得新突破，填補了國內外空白。除草劑去除率達到90% 以上，農產品農藥殘留達到國家標準，社會和經濟效益顯著。

2.2.13 糞污收儲運智能化控制系統創制

該成果研發了生豬養殖場糞污糞尿實時分離與智能型負壓收運技術、設備，以及奶牛養殖場糞污智能型貯存/好氧發酵新技術、新設備，開發了集成紅外感應、生命活動感應、自清潔等功能的移動地板式糞尿分離實時收運技術。該研究增強了糞污收儲運環節的系統性，促進了養殖污染過程減量。

2.2.14 基于物聯網的養殖場多組分氣體原位實時監測技術和設備

該成果研發了糞水氮磷現場快速檢測技術和裝備，建立了糞水重金屬現場消解關鍵技術，創制了基于酶底物法的糞水樣品指示微生物現場檢測裝備。研制了畜禽養殖場多組分氣體原位監測設備與配套校準裝置和基于酶底物法的糞水樣品微生物現場檢測可視化判讀儀和智能折疊式培養箱等。

2.2.15 氨吹脫閉式循環耦合鈣沉淀技術

該成果開發了養殖污水定向轉化有機酸關鍵技術，有機酸產物中丁酸可達90%，成功合成了PHBV（聚羥基丁酸戊酸共聚酯），在負荷為100 kg VS·m-3下，中溫酸化有機酸濃度達4.7%，高溫酸化有機酸濃度達5.1%。該研究提高了養殖糞污碳氮磷轉化效率，拓展了高值轉化途徑。

2.2.16 “螯合捕獲-磁選移除”修復技術

該成果研發了“螯合捕獲-磁選移除”技術，并在湖北大冶水稻田進行示范。研究發現，MSC材料固載重金屬鎘后，磁選機首次回收率為57%（50%～60%），總鎘去除率為14.99%（變幅12.5%～17.5%），并顯著降低了水稻根系中鎘的累積量。該技術主要降低水稻根系和秸稈對土壤中鎘的吸收，并且未對當季水稻結實率、千粒質量和產量等造成不良影響。

2.2.17 設施氮磷智能淋溶阻控與精細化滴灌系統

該成果以阻控氮、磷淋溶損失以及水肥精準管理為目標，集成智能灌溉云平臺、精細化滴灌、在線監測與信息反饋、智能決策等技術，實現了土壤墑情在線診斷與氮磷淋溶污染阻斷。與傳統灌溉系統相比，該系統成本降低10%，使用壽命延長20% 以上；在保障根區養分濃度的情況下，40～100 cm 非根區土壤氮磷含量平均降低65% 和40%，氮磷淋失率小于0.5% 和1.6%。該套技術在節水節肥、阻控氮磷流失、提質增效等方面效果尤為顯著，有效支撐了設施農業綠色健康發展，具有廣闊的產業化和應用前景。

2.3 集成示范推廣領域

規模化應用示范取得跨越式進步，有力促進了我國社會、生態健康發展。專項已基本建成“京津冀城鄉一體化”“長江中下游”等5 大示范區，在國內首次實現農業廢棄物處理技術裝備大規模工程化應用，并開創了我國重金屬污染農田治理由田塊尺度向區域尺度過渡的先河。截至目前，已經在全國27 個省（市、區）建立了107 個（次）示范點，近180 項技術、50個產品落地示范9 個國家級和9 個省級示范區，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等4 大領域，累計示范與輻射面積超過10 萬hm2，培訓技術人員和農民超過8 萬人次，核心示范區內基本實現污染物消減目標。

長江中下游區：開展了長江下游平原區農田氮磷流失防控技術集成示范，構建了適應于長江下游平原農田徑流損失防控的“秸稈機械還田+化肥減量+優化施肥+生態溝渠攔截”模式。結果表明：在水稻產量略有增加的前提下，采用模式推薦施肥，稻田徑流流失總氮、總磷比常規施肥分別減少15.9%～41.6%和48.1%～55.6%。開發了長江中游丘陵區農田原位消減+溝渠過程攔截+濕地末端凈化的氮磷徑流流失綜合防控技術體系，綜合農田原位消減、溝渠過程攔截和濕地末端處理3 種技術，整體對徑流氮、磷的消減率分別達71.3%和76.9%。

城鄉一體化區：在京津冀城鄉一體化示范區，實現磷污染負荷減少25% 以上，土壤磷素淋失降低53%，土壤農藥殘留降低30% 以上，重金屬分離效果30%～50% 以上，農產品質量符合國家食品衛生標準。在長三角城鄉一體化區，開展了露天蔬菜和設施蔬菜的氮磷面源污染物截留減排綜合防治技術模式以及菜田農藥殘留污染防控技術集成與示范，示范區氮磷和農藥污染負荷消減30% 以上，農藥殘留率下降30% 以上，重金屬有效性降低50% 以上，農產品質量達到國家食品衛生標準，農業廢棄物無害化消納利用率提高到95%。

中南西南區：構建了“冬油菜-夏象草巨菌草甜高粱麻類”的富集移除種植技術模式，該模式能使地上部位鎘移除量達到150～600 g·hm-2。研發降鎘葉面肥技術，在水稻開花期噴施1 次葉面肥可有效降低水稻籽粒中鎘30%～50%，該農藝調控技術成本較低，可大面積推廣應用。構建了針對雨熱同期水稻區的“源頭阻控（S）-過程攔截（P）-末端消納（R）”（S-P-R）面源污染全過程控制技術模式、“土-水-生”面源污染監測系統等，實現稻米鎘含量降低60% 以上，均達到糧食中污染物限量標準；成都平原集約化農區面源污染控制技術可降低氮肥投入17%、磷肥投入33%，氮、磷流失分別減少53% 和30%；重慶丘陵區示范流域氮磷污染負荷消減40%以上。

東北西北區：集成了地膜污染防控、玉米秸稈飼用化利用、氮磷淋溶污染綜合防控等技術，優化構建了黃土高原面源污染防治模式，示范區污染負荷降低了25%。建立了東北糧食主產區農業面源污染綜合防治集成技術示范區和微生物強化原位消減控制技術，使旱田土壤阿特拉津去除效果提升20%以上。

黃淮海農區：核心試驗區內作物秸稈還田率達95%，篩選出目前適應于沿淮區域農田土壤弱堿性特性的重金屬改良劑配方A2 和A4 組，添加0.9%～1.0%的修復劑配方，可分別降低土壤中重金屬鎘有效態含量58% 和40%。研發的節水控淋技術可減少土壤硝態氮淋失45.8% 以上，降低速效磷淋失22.2% 以上，淋溶水中磷污染負荷平均下降60.5%。廢棄物回收利用率達95%以上。

2.3.1 基于“減-阻-控”的石灰巖黃壤鎘砷汞污染農田綜合防治技術示范模式

該成果針對西南石灰巖區鎘砷汞高地質背景農田土壤，在精準識別土壤重金屬污染特征基礎上，從土壤-作物系統重金屬遷移累積全過程出發，根據不同污染特征和制約作物重金屬累積的關鍵過程，適配相應技術組合，是該區域首次建立的診斷式優化技術，核心區和輻射區水稻稻米鎘、砷和汞降低30% 以上，在中輕度污染區稻米重金屬含量達標率在95%以上。

2.3.2 丘陵小流域氮磷污染減排和截留降解綜合集成技術與示范

該成果針對丘陵小流域多源復合面源污染特點，應用AMD（干濕灌溉）+SSNM（適地養分管理），緩釋肥、有機肥替代化肥技術，坡地水土流失控制、旱地植被緩沖帶構建，匯流河道水生態修復等技術，建立“控源+截留+消納”于一體的丘陵小流域面源污染綜合防控技術。水旱輪作示范區水肥管理技術比農民施肥處理減少了49% 的總氮流失量、68% 的總磷流失量；茶園示范區肥土防控技術比農民施肥處理消減27%的總氮流失量、38%的總磷流失量。

2.3.3 農機農藝一體化地膜高效回收技術應用與示范

該成果針對綠洲灌區膜下滴灌棉花邊膜覆土后難撿拾的問題，改進起邊膜裝置和挑膜部件的仿形設計，完善耕前地表殘膜回收機。除塵地膜和專用地膜的回收率最高，分別為80.5%和78.5%。

2.3.4 北方弱堿性農田土壤重金屬污染治理技術與示范

該成果成功篩選出近10 個地方主推的小麥和玉米重金屬低吸收品種，以及能有效降低土壤重金屬有效性的改性海泡石材料和大幅減少小麥重金屬吸收的復合葉面阻控劑，與對照相比降低籽粒鎘達47%～64%，適合大面積推廣；同時集成了“春小麥+葉面調理劑+萬壽菊”種植模式，達到“邊生產、邊修復”的目的。該技術在國內處于領跑地位。

2.3.5 稻田面源與重金屬綜合防控技術及模式

該成果基于面源與重金屬復合污染防控的單項技術或組合技術。秸稈全量還田能夠分別降低總氮、總磷流失負荷的2.4%和33.0%，土壤有效態銅和鉛含量也顯著降低了51% 和53%；沼液還田可達到降低30% 以上氮磷流失及12.5% 土壤有效態鎘的效果；構建了城市周邊農田面源與重金屬復合污染綜合防控與修復技術模式，水稻季氮流失負荷和土壤有效態銅顯著降低13% 和57%，稻田冬季土壤有效態鎘降低79.59%。

2.3.6 鄉村旅游助推增效的成都平原“S-P-R”面源污染全程防控技術模式

該成果針對成都平原糧油輪作集約化農區面源污染發生的關鍵時空節點，通過氮磷養分高效品種篩選、包膜控釋肥和尿素配施技術的源頭阻控技術（Source control），利用磷高吸附新型材料和氮磷高吸收植物生態溝的過程攔截技術（Process blocking），生物炭-氮磷高富集觀賞植物沉塘的末端消納技術（Terminal retention）的優化組配，構建了針對雨熱同期稻油輪作區的“源頭阻控（S）-過程攔截（P）-末端消納（R）”（S-P-R）面源污染全過程控制技術模式。結合城郊、都市、鄉村農業休閑旅游的需求，將鄉村旅游與模式推廣有機融合，提升模式顯示度和面源污染防控綜合效益。所構建的模式是對已有面源污染防控技術的拓展和深化，突破了成都平原區面源污染防治技術單一、針對性不強、效益不高、難以推廣等關鍵瓶頸。將農業觀光旅游有機融入面源污染防控，建立了集“面源污染防控-農業觀光休閑旅游”為一體的示范工程，水稻季可降低氮肥投入17%、磷肥投入33%，優化施肥在增加水稻產量（151 kg·hm-2）的基礎上，氮、磷流失分別減少53%和30%，控制效果十分顯著，溝渠改造投入的成本可控。

3 結語

五年來，面源專項研發出一批農田氮磷流失綜合防控技術，有效改善了區域水環境質量；創新了一批鎘、砷等重金屬污染耕地的安全利用技術，有效保障了農產品質量安全；研發了一批農業廢棄物資源化利用技術裝備，有效支撐了區域種養結合循環發展；建立了一批農業產地環境污染治理新模式，培育帶動了農業環保新產業發展。更重要的是，形成了一支由300 多個國家級科研院所、地方技術研究單位以及企業、農業生產單位所組成的，可以整體組織調動、進行全國協作的研究隊伍和科研平臺，并且摸索出了一整套行之有效的創新工作方法，為提升我國農業產地環境污染防治能力、保障農業綠色發展作出了顯著的貢獻。

同時也應該看到，在經濟持續高速發展、各類污染物排放不斷增長的大環境下，我國農業面源和重金屬污染治理還將持續面臨較高壓力。在一些技術領域中仍然存在明顯的障礙，如重金屬污染農田治理在世界范圍內都是難題，需要從理論、材料等多方面取得突破。下一步，為了保障糧食安全和環境安全等重大戰略需求，國家對本領域的技術研發，如：化學投入品減量增效、重金屬污染區域治理以及有機廢棄物資源化利用等方面將繼續保持較高強度的投入。面源專項各參加單位，也將在新的形勢下繼續加大中青年人才培養力度，完善監測網絡，持續跟蹤治理效果，強化科研平臺建設，為持續提升我國農業產地環境污染科技治理能力，不斷作出新的貢獻。