滇池流域農(nóng)田和山地面源污染防控關(guān)鍵技術(shù)體系及應(yīng)用

云南大學(xué)

滇池水污染是我國(guó)高原湖泊富營(yíng)養(yǎng)化污染治理的難點(diǎn)，“十二五”以來(lái)，農(nóng)業(yè)面源污染相對(duì)占比上升到入湖污染30%以上，成為湖泊治理的重點(diǎn)。面源污染存在隱蔽性、廣泛性、滯后性、風(fēng)險(xiǎn)性、難監(jiān)測(cè)性特點(diǎn), 特別是這類污染發(fā)生區(qū)域在農(nóng)村，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)是農(nóng)業(yè)，利益主體是農(nóng)民，治理難度大，是我國(guó)乃至世界湖泊污染治理的重大難題。

2012年以來(lái)，在國(guó)家重大科技水專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，經(jīng)過(guò)10余年的持續(xù)科技攻關(guān)，針對(duì)高原湖泊滇池流域面源污染的特點(diǎn)，研發(fā)了農(nóng)田和山地面源污染防控關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行了規(guī)模化示范和應(yīng)用推廣，破解了流域農(nóng)田和山地面源污染防控的重大技術(shù)瓶頸，為滇池水環(huán)境穩(wěn)定向好的歷史性轉(zhuǎn)變提供了重要科技支持。在4個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域創(chuàng)新性突出：

一是創(chuàng)建山水林田湖綜合統(tǒng)籌的全系統(tǒng)優(yōu)化、全要素集成、全過(guò)程控制、全環(huán)節(jié)削減的面源污染的生態(tài)化防控模式，提出“結(jié)構(gòu)減污、源頭控制、過(guò)程削減、循環(huán)利用”系統(tǒng)化破解高原湖泊流域農(nóng)業(yè)面源污染難題的技術(shù)路線（圖1）。針對(duì)滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染防控的技術(shù)創(chuàng)新定位是：地處低緯高原高背景值富磷區(qū)，降雨集中且源近流短，生態(tài)脆弱且功能低下，面源污染源強(qiáng)大、徑流沖擊大，決定了面源污染防治需在源頭上化解；流域面源污染種類多、負(fù)荷大，旱季積累、雨季輸出，輸移時(shí)間短，集中處理難度大，決定了面源污染需在原位及輸移過(guò)程中削減；流域不同區(qū)域差異性大，山地水源涵養(yǎng)區(qū)、湖盆農(nóng)田區(qū)、湖濱退耕區(qū)三大區(qū)域面源污染特征與污染防控及功能定位不同，需在全面統(tǒng)籌基礎(chǔ)上差異化解決。

圖1 滇池流域農(nóng)田山地面源污染防控“四全”模式及技術(shù)路線圖

二是突破大面積連片、多類型種植業(yè)鑲嵌的農(nóng)田面源污染防控關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)建源-流-匯三位一體同治、水肥要素齊防的農(nóng)田面源防控技術(shù)體系（圖2）。該技術(shù)體系在滇池南岸晉寧區(qū)上蒜鎮(zhèn)柴河水庫(kù)下游進(jìn)行了規(guī)模化應(yīng)用，控制面積為13.2km2、綜合示范面積為866.67公頃，其面源污染CODCr、TN、TP去除率為37%、42%、77%，降低肥料施用量31-35%，蔬菜產(chǎn)量提高35-78%。示范工程建設(shè)六年來(lái)，主體工程持續(xù)運(yùn)行，確保了作為柴河水庫(kù)下游最大的連片農(nóng)田對(duì)入湖河道水質(zhì)影響達(dá)到最低程度，連續(xù)多年柴河水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 高原湖泊農(nóng)田面源污染防控系統(tǒng)技術(shù)體系

三是突破湖濱退耕區(qū)二次污染防治與生態(tài)功能修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)建“原位削減-緩沖帶修復(fù)-生態(tài)功能提升”退耕區(qū)面源污染防控技術(shù)體系（圖3）。建設(shè)控制面積近246.67公頃的技術(shù)體系綜合應(yīng)用示范區(qū)，示范區(qū)內(nèi)植被覆蓋率從54%上升到87%，徑流單位面積的COD、TP和TN輸出量分別降低85%、74%和80%，改造的“溝-渠-塘”系統(tǒng)連測(cè)6個(gè)月的COD去除率為42%，TN去除率為65%，TP去除率為43%。

圖3 湖濱退耕區(qū)“原位削減-緩沖帶修復(fù)-生態(tài)景觀功能”技術(shù)體系

四是突破高原湖泊退化山地生態(tài)修復(fù)與面源污染防控關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)建源近流短的山地水源涵養(yǎng)、水土保持與清水產(chǎn)流的技術(shù)體系（圖4）。該技術(shù)體系在滇池流域?qū)毾蠛由嫌伍_展了技術(shù)示范，示范工程面積706.4公頃，每年地表徑流量削減5.73×104 m3，COD 、TN、TP 分別削減 11.17 t、 0.81 t、 0.23 t，面山生態(tài)修復(fù)示范區(qū)植物覆蓋率提高31%，水源涵養(yǎng)能力提高37%，TN、TP、COD輸出量分別降低38%、31%、32%。該示范工程為滇池流域第二大子流域?qū)毾蠛铀|(zhì)由2012年的Ⅴ類到2017年轉(zhuǎn)化為IV類、實(shí)現(xiàn)全河水環(huán)境歷史性轉(zhuǎn)變提供了重要科技支撐。

圖4 面山生態(tài)修復(fù)與水源涵養(yǎng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線

研究形成的技術(shù)體系在滇池流域進(jìn)行了萬(wàn)畝農(nóng)田、萬(wàn)畝山地的工程示范，面源污染輸出削減30%以上，流域內(nèi)推廣應(yīng)用面積達(dá)20余萬(wàn)公頃，顯著降低了農(nóng)田、湖濱退耕區(qū)和面山的污染輸出，為滇池水環(huán)境趨穩(wěn)向好的歷史性轉(zhuǎn)變提供了有力的科技支撐；研發(fā)技術(shù)和防控思路在洱海、撫仙湖等高原湖泊及重要水源地推廣應(yīng)用，節(jié)支增效產(chǎn)生綜合效益9.7億元，增加產(chǎn)值40億元的農(nóng)田綠色化生產(chǎn)水平；項(xiàng)目轉(zhuǎn)化形成的政協(xié)提案和決策咨詢報(bào)告獲得采用，為云南主要湖泊面源污染防控、湖泊污染治理方案和規(guī)劃編制、基于面源治理的種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了技術(shù)引導(dǎo)和決策支持。

項(xiàng)目研究獲知識(shí)產(chǎn)權(quán)39項(xiàng)，發(fā)表出版論著136篇（部），6項(xiàng)技術(shù)入選國(guó)家和地方水污染治理重點(diǎn)推薦技術(shù)，“基于高原湖泊流域農(nóng)業(yè)面源污染特點(diǎn)的防控治污模式”和“流域面源污染綜合防控技術(shù)示范工程”分別入選國(guó)家重大科技水專項(xiàng)典型案例和示范工程；在平臺(tái)構(gòu)建、人才培養(yǎng)與學(xué)科建設(shè)等方面取得了重要進(jìn)展。經(jīng)包括本領(lǐng)域2位中國(guó)工程院院士在內(nèi)的評(píng)價(jià)委員會(huì)鑒定認(rèn)為，該項(xiàng)目研究總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。