我國農業面源污染研究與展望

摘要： 農業面源污染會帶來一定的生態環境風險。經過20 多年的治理，我國面源污染基礎研究和防控工作取得重要進展，構建了流域、區域或國家尺度農業面源污染源匯路徑全過程監測與評估體系，基本厘清了不同生態條件下農田系統中氮磷流失的主控因子，初步探明了農田有毒有害化學/生物污染與防控機制。在防控技術層面，研發出新型、綠色肥料替代常規化肥減量投入技術與產品，氮、磷高效利用污染負荷減排技術，土壤氮、磷增容負荷減排技術，坡耕地氮磷流失阻控技術，農業廢棄物資源化利用技術與消納裝備。我國農業氮、磷排放污染負荷雖整體呈下降趨勢，但依然是影響我國環境質量的首要污染因子，且農業面源污染呈現新的特征，表現為養殖業尤其是水產養殖業污染問題逐漸突出，殘留地膜、農藥、抗生素、激素、病原微生物等新型污染物污染問題不容忽視，面源污染途徑從以徑流擴散為主轉向淋溶、揮發、累積并重的階段，污染介質從單一地表水體轉向包括地下水體、大氣以及農田生態系統并存的狀態。未來應以本領域我國取得科研成果和相關信息資源為基礎，利用數字技術和AI 技術，構建我國農業面源污染防控技術和管理融合大數據模型和系統理論，持續加強田塊、流域、區域等多尺度面源污染防控技術集成配套與工程化應用研究，培育綠色低碳農業新質生產力產業，落實防控技術工程“政—產—學—研—用”保障機制與措施，以提升區域或流域尺度面源污染防控技術的環境、經濟和社會綜合效益，全面推進我國農業面源污染治理工作，促進農業高質量健康發展。

關鍵詞： 農業面源污染； 污染特征； 技術產品與裝備； 防控思路與策略

我國是一個農業大國，農業生產的長足發展在保障農產品供給、提供食物營養防止饑餓、穩定社會發展等方面發揮了突出作用，同時也帶來了不容忽視的農業環境問題，特別是追求高投入、高產出下的農業集約化、規模化發展方式帶來的面源污染問題較為突出。當前我國農業生態環境質量總體尚好，但結構性、根源性、趨勢性壓力尚存，農業面源污染“量大面廣”的基本態勢尚未根本扭轉，污染防治也面臨一些亟待解決的問題。農業面源污染排放量與經濟增長總體上呈倒“U”形曲線關系，化肥投入、農藥使用以及畜禽糞便排放與人均國內生產總值（GDP） 仍處于曲線上升階段，到達污染減排拐點仍需要一定的時間[1]。

國家高度重視農業面源污染防控工作，相繼啟動實施了國家“973 計劃”、“863 計劃”、科技支撐計劃、專項規劃、國際合作和重點研發計劃等科研項目。在農業面源污染基礎研究、關鍵共性技術研發、集成技術體系和模式構建與推廣應用等方面取得重要進展和顯著成效，部分領域取得了突破性進展，初步形成了農田面源污染物溯源、遷移、轉化及與農產品質量關系等較為系統的理論體系；研發出了用于農業化學、生物制品等污染治理的技術與產品，以及農業廢棄物處理資源化利用智能反應器等核心裝備，解決了一些“卡脖子”問題；規?；瘧萌〉每缭绞竭M步，形成了一批生態環境效應和經濟社會效益兼顧的防治技術模式，有效地推動了我國相關領域裝備和產品的標準化及產業化水平的提高，促進了我國區域農業經濟健康發展和生態環境質量的改善。系統總結我國農業面源污染基礎理論、防控技術和區域管理成熟的污染防治方案，為進一步深入研究和有效防控農業面源污染提供科學依據。

1 我國農業面源污染特征

農業面源污染泛指在農業生產中，由于過量或不合理使用化學投入品（化肥、農藥、地膜等） 及畜禽與水產養殖產生廢棄物、 農作物秸稈與尾菜等產出品處理不及時或不當，產生的化學、有機、生物等污染物的量超過了水、土、氣、生等環境的承載能力，導致水體、土壤、大氣污染以及農產品質量下降的過程[2?3] 。由于農業活動的普遍性和廣泛性，農業面源污染具有發生的隨機性、影響的滯后性、影響因素的復雜性、輸送途徑的廣泛性等特征。農業集約化提高了農業面源污染的強度，成為環境污染的主要類型。第一次、第二次全國污染源普查，以及近年來開展的農業生產區域面源污染負荷估算結果都說明，畜禽養殖業和種植業仍是地表與地下水以及大氣氮（N） 等農業面源污染物主要來源。

1.1 經濟作物過量施肥加劇了種植業的氮磷淋失

種植業離不開化肥的投入。研究結果表明，氮、磷淋失量與施肥量呈極顯著的正相關，農業化學品用量增加，尤其是氮素用量遠遠超過了作物的吸收量，導致氮磷作物利用率下降，大量氮磷在農田土壤剖面累積，隨地表徑流和淋溶進入地表水和地下水中，提高了水體硝酸鹽濃度[4]。采用 δ15N-NO3?和δ1 8O-NO3?同位素示蹤技術監測地下水硝酸鹽發現，化肥及有機肥施用是區域地下水硝酸鹽主要來源，地下水氮素含量高值地區與采樣點化肥用量高且地下水位較高有關。除傳統菜田以外，蘋果、獼猴桃、香蕉等經濟作物生產區普遍存在過量施肥灌水（或降雨量較大） 問題，隨著其種植面積不斷擴大，隨徑流或淋溶進入地表和地下水體的氮磷養分明顯增加[1， 5?6]。

1.2 養殖業總氮排放貢獻增加，水產養殖污染不容忽視

我國畜禽養殖方式逐漸由農戶散養向集約規?；D變，與第一次全國污染源普查相比，第二次全國污染源普查中種植業、養殖業污染物排放總量均在下降，但養殖業總氮排放量占農業源的比例在上升，此外，畜禽糞污資源化利用過程中缺乏科學定量化，氮磷淋溶或徑流損失量增加還導致了次生面源污染問題。

與畜禽養殖相比，水產養殖日常排放的尾水中常規水污染物總氮（TN）、總磷（TP）、銨態氮（NH4+-N）等濃度不高，屬微污染水，除含有有機物、氨氮、硝態氮、磷等外，還含有許多新型如激素、消毒副產物等微量污染物，以及新型致病微生物等[7]。尾水的物理性污染明顯，嗅閾值、色度較高，污染指數偏高，采用常規工藝去除的效果難以達到理想標準要求。

1.3 新型污染物影響農業的健康發展

隨著我國農業現代化的推進，農業發展方式的轉變，投入農業生產資料導致如地膜、農藥、抗生素、激素、病原微生物等在農田中殘留，成為農業生態系統的新型污染物，影響著農業持續健康發展。近年來，農用地膜分解或其它農用品投入產生的農田土壤微塑料殘留和遷移問題受到廣泛關注[8?9]。農業抗生素、病原微生物也逐漸成為不可忽視的面源污染問題，糞肥攜帶的病原菌和抗生素通過灌溉、徑流和農田施用均可進入農田土壤環境中，并存在遷移到地表和地下環境的潛力，依附于植物體表面生長存活甚至在植物體內生長繁殖，進而對人體健康構成威脅。農田有毒有害污染物初篩名單包括農藥類395 種、酞酸酯類15 種、畜禽抗生素類37 種、畜禽激素類16 種[4]。

1.4 污染物擴散途徑復雜多樣

平原區污染物擴散途徑和強度受降雨、土地利用、種植制度、水肥管理等因素的影響。長江中下游平原地區稻麥輪作農田氮無論是徑流損失、滲漏損失還是氨揮發損失主要取決于施氮量，氨揮發損失與施氮量呈顯著線性正相關，徑流與滲漏氮損失則與施氮量呈顯著指數正相關。北方平原生產區受施肥量和灌水條件影響，以氮為主的農業面源污染因子的主要損失途徑為深層地下淋溶損失和通過硝化反硝化以氣態形式進入大氣，地下水埋深和包氣帶巖性影響著硝酸鹽進入地下水的通量和速率[4]。丘陵山地農田面源污染物環境損失途徑更多地受地形地貌、水文及土壤等條件的影響。西北地區黃土層深厚、土壤質地較輕，該地區果園多、分布廣，化肥及有機肥中的硝態氮隨灌溉水向下淋溶成為氮損失主要途徑，氨揮發也是該地區農田氮肥施用后向環境排放的一個重要途徑。東北地區坡耕地坡度較小且坡面延伸很長，黑土土層深厚且質地較好，在集中降水和強烈凍融交替作用下，順坡種植方式導致氮磷養分隨水土徑流大量流失，黑土層被剝蝕。長江上游西南坡耕地淺薄紫色土區降雨豐富且集中，由于紫色土土質疏松，導水率高，而下層的紫色頁巖透水性較弱，阻礙了水分繼續下滲，壤中流極為豐富，強度遠高于地表徑流，并能持續較長時間；坡耕地地表徑流中氮、磷最主要的遷移形態分別是顆粒態和泥沙結合態，壤中流中則主要為硝態氮、溶解態磷。我國農業種植多樣，既有旱地大宗小麥、玉米、大豆、馬鈴薯，又有面積廣種植制度多樣的水稻；既包括蔬菜、瓜果，又包括果園、茶園等經濟作物。受經濟發展水平影響，區域化肥農藥等農業生產資料投入水平和方式存在較大差異，農業面源污染風險程度不同?？傮w而言，經濟效益較高集約化程度較高蔬菜尤其是設施蔬菜、果園污染問題更加突出，污染負荷量大[4]。

2 我國農業面源污染研究理論與應用進展

2.1 農業面源污染基礎研究與防控理論

2.1.1 構建了流域、區域或國家尺度農業面源污染源匯路徑全過程監測與評估體系

我國徑流易發區分布廣，農田氮磷流失嚴重、時空差異較大，且徑流流失定量評估難度大，僅采用少量的長期田間試驗結果難以準確估算區域/流域大尺度農田氮磷徑流流失負荷。20 世紀80 年代中后期，我國科研工作者開展了農業面源的宏觀特征與污染負荷定量計算模型的研究，李家科等[10]、李懷恩等[11?12]從我國的實際出發，建立了一個完整的流域面源污染模型系統，提出了流域匯流與面源污染物遷移逆高斯分布瞬時單位線模型及流域產污過程模型。20 世紀90 年代，張維理等[13]開展了我國北方農用氮肥造成地下水硝酸鹽污染的調查工作，為我國農田面源污染對地下水氮污染負荷較為準確估算奠定了基礎。郝芳華等[14]在借鑒統計性經驗模型和機理性過程模型優勢的基礎上，結合我國面源污染調查工作中的實際情況，建立了體現面源污染產生過程、遷移轉化機理的大尺度負荷估算方法體系，疊加中國“水資源分區”和“中國水文區劃”，應用該體系提出了全國面源污染分區分級體系，確定了全國面源污染負荷估算模型的空間框架?！笆濉逼陂g，我國科研人員利用現代監測技術體系和面源污染模型體系，從流域尺度建立“天地網”一體化的農業面源污染協同監測網絡，形成“排放源—排放量—污染負荷—水體水質影響—預報預警”等全過程的監測體系，實現流域尺度、區域尺度對污染物源匯路徑全過程的監測，形成服務于流域、區域或國家尺度面源污染防治的源匯路徑全過程監測與評估體系[4]。

2.1.2 基本厘清了不同生態條件下農田系統中氮磷流失的主控因子

利用流域多年觀測數據和國內外發表的研究結果，宋立芳等[15]和馮洋等[16]運用多元統計和相關模型研究氮磷流失的遷移與富集特征，系統分析了土壤?作物系統內水肥管理、輪作制度與氮磷轉化?運移的定量關系，提出農田氮磷流失既受其本身形態及其所在土體中復雜的物理、化學和生物過程的控制，也受水文、地形、氣候和人為活動等外界因素的制約或驅動。降雨、灌溉形成的徑流是農田氮磷流失的主要驅動力。旱地氮素的流失主要受徑流深、土壤含氮量和施氮量影響，水田則主要受徑流深和施氮量的影響。旱地流失的磷素來源于當年施用的磷肥和土壤速效磷，而水田流失的磷素則主要來源于當年施用的磷肥。

地下水硝酸鹽濃度變化除受地表土地利用和土壤物理、化學、生物學性質影響外，包氣帶巖性、滲透性和地下水埋深等因素也決定著農田土壤硝酸鹽進入地下水的通量和速率。單位面積包氣帶硝酸鹽存儲量與包氣帶深度呈正相關關系，隨著包氣帶厚度的增大，單位面積硝態氮存儲量顯著增加[17]。

2.1.3 初步探明了農田有毒有害化學/生物污染與防控機制

農田土壤系統中典型/新型有機和生物污染物主要包括農藥、酞酸酯、激素、抗生素及抗性基因、病原微生物6 大類。何艷等[18?19]、朱燕婕等[20]通過對典型/新型有機和生物污染物開展定性定量檢測方法、污染特征與來源解析、污染過程與機制等方面的研究，提出了將單體穩定同位素分析、穩定同位素核酸探針、組學等多種新興技術與傳統方法相結合的研究技術，將已有的理論和經驗在土壤中進行驗證，從多種角度深入探究土壤多環芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons， PAHs） 厭氧微生物降解機制，以推進土壤中PAHs 污染微生物修復工作；針對有機氯（organ chlorine pollutants， OCPs），提出厭氧條件下由土壤微生物胞外呼吸電子傳遞介導的生源要素循環對其生物地球化學過程的影響機制，調控土壤健康演變方向。朱正意等[21]通過系統梳理分析酞酸酯 （phthalic acid esters， PAEs） 在農田土壤中的吸附、生物降解、遷移和揮發等環境行為，指出約58.5% 的PAEs 主要分布在農田土壤0—20 cm表層，且具有顯著的地域性差異[22]；正辛醇水分配系數、溶解性能以及土壤有機質是影響PAEs 在土壤中遷移能力的主要因素[23?28]；農膜覆蓋及其殘留物是引起我國農田土壤PAEs 污染的最主要原因[29?32]；微生物降解是PAEs 從農田土壤中去除的主要途徑，并受化合物結構和土壤特性的影響[33?38]。關于農田生態系統中抗生素及抗性基因的研究表明，施肥等農業活動改變了農田中抗性基因及其宿主菌的組成，而復雜的微生物活動使抗性基因及其宿主菌進一步轉移到農作物體內[39]。抗生素的吸附特征受到土壤類型和糞肥種類的雙重影響，常用獸用抗生素中磺胺二甲基嘧啶和氟苯尼考的線性吸附常數 （Kd） 與土壤有機碳含量、pH 值均呈顯著的線性正相關，其吸附主要受控于土壤有機質，非靜電作用（氫鍵、疏水相互作用等） 在吸附中起主導作用，且在土壤不同層次中表現出高穿透率、易淋失，而強力霉素和恩諾沙星則幾乎完全為土壤所滯留，容易造成累積[40]。

2.2 農業面源污染源頭減量技術

2.2.1 新型、綠色肥料替代常規化肥，減少化肥的投入

研究表明，由于歷史上化肥長期大量施用帶來農田生態環境氮磷養分盈余問題，目前我國54 種作物種植過程中氮磷盈余分別達138～421 kg/hm2、19～118 kg/hm2，尤其是土壤有效磷含量較1980 年提升了約2.34 倍[41?43]。新型環保功能肥料，尤其是近年來發展起來的綠色智能肥料產品[43]有效地減少了氮、磷等化學肥料的用量，提高了作物對肥料養分的利用率，進而降低了氮、磷等養分的環境損失量。如鄭州大學采用脲硫酸直接分解磷礦制備脲基復合肥，省去生產磷酸銨和過磷酸鈣的中間過程，生產出以低濃度磷為主的復合肥產品，整個生產過程無磷石膏和“三廢”排放，且產品還含有活性的鈣、鎂、硫、可溶性SiO 2 以及多種微量營養元素，在減少農田土壤磷累積的同時，實現了對磷礦養分資源的全量利用[44] 。

緩/控釋肥料因其可根據作物吸收養分的規律調整養分供應，做到養分供應與作物吸收同步，同時基本實現一次性施肥滿足作物整個生長期的需要，具有節時省工、損失少、作物回收率高、環境友好等特點，長期受到行業關注[45]。據統計，目前我國緩/控釋肥總產能達到820 萬t/a，隨著農業機械化程度提升及科學施肥技術進步，2021—2025 年預計緩/控釋肥產量還將以5% 的速度增長[46]。近年來，針對傳統緩/控釋肥料包膜材料—石油基聚氨酯，開發價格更低廉、來源更廣泛、無毒性、可生物降解的生物基膜材料及其制備[ 4 7 ? 5 0 ]和改性方法[ 5 1 ? 5 3 ]成為研究熱點，由于環境友好性及其低成本等因素，植物油基聚氨酯的研究逐漸增多，尤以蓖麻油基聚氨酯和大豆油基聚氨酯應用最為廣泛，具有減少氨揮發、氮淋溶，提高氮素利用效率等作用[54?57]。

2.2.2 氮、磷高效利用技術提高作物的吸收利用，減少向環境的排放

提高作物對養分的吸收量，就會減少肥料養分的剩余量，是降低面源污染負荷的重要途徑。早期推廣的測土配方施肥技術極大地提升了肥料施用的精準性，減少了肥料養分的浪費，但是其所需要的長期定位試驗建立的參數，土壤測試需要的儀器設備以及前處理，不僅限制了這些技術的應用，這些方法也存在一定的滯后性。隨著衛星遙感、無人機、人工智能技術的發展，出現了基于土壤地力和水稻生長實時信息的精準按需施肥技術、稻田氮磷一次深施技術以及菜田水肥一體化智能控制技術等[4]，實現了肥料的減量增效，尤其是降低了糧食作物生產過程的面源污染風險。郎春玲等[58]研制了單片機控制的深施型液體肥變量施用系統，基于處方圖對電磁比例調節閥開度進行調節，室內試驗的施肥精度大于95%，施肥最小誤差每次為0.2 mL。華南農業大學設計了一種機電式流量調節閥，與已研制的氣力引射式施肥器集成構建液體肥變量施用調節系統，液體肥質量流率的可調節范圍為2.36～6.75 g/s，具有更強的抗干擾能力、更快的響應性和更高的魯棒性，進而實現水稻近根部微小流量液體肥精準施用[59]。

2.2.3 土壤氮、磷固持技術降低了環境流失負荷

土壤氮、磷固持蓄積能力擴容增匯技術研發提高了養分利用效率，降低了環境流失負荷，實現了糧食安全生產與環境保護協同發展目標。如有機肥與化肥配合優化施用技術[60]、農田土壤綜合增碳固氮技術、生物炭與灌溉協同優先流阻控技術、農田肥水熱調控技術、水肥耦合高效利用技術、水稻“側深施肥減量固氮”技術、“碳—氮—磷—水”協同調控技術等[4]。研究表明，氮肥與生物炭配施可通過改變潮土溶解性有機碳、官能團結構以及氮轉化速率，進而影響微生物殘體碳積累（主要表現為細菌和真菌殘體碳）[61]。控制灌溉模式與改性生物炭配合施用，可在減少氮磷肥施用的情況下，實現水稻穩產、優產，同時提升不同土層土壤有機碳、全磷含量層化率，進而改善土壤質量，提升土壤碳、氮、磷固持蓄積能力[62?63]。而緩控釋肥結合水稻側深施肥技術，可在肥料減量施用的前提下，同時起到提高肥料養分利用率，減少施肥操作次數及成本，改善土壤質量，減少肥料養分流失風險的作用[64?65]。

2.2.4 坡耕地面源污染阻控技術

適用于不同區域環境條件坡耕地面源污染阻控技術的研發和應用，有效地降低了以徑流為主的氮、磷養分流失。如新造耕地土壤氮、磷增容提質改良技術，東北“小坡度、長坡面”坡耕地等高種植、優化施肥、秸稈覆蓋還田、秸稈全量深翻還田、免耕、秸稈粉碎覆蓋還田固土減蝕等水土流失阻控技術，中南丘陵旱地氮磷減量、有機肥替代與生物炭利用、生物攔截與稻草覆蓋等氮磷徑流消減污染防控技術，西南山地坡耕地聚土免耕、微地形改造、養分管理、生態溝渠凈化等污染防控技術[4]。 研究表明，生態溝渠攔截對農田徑流中氮、磷的去除率分別達48.1% 和 40.2%[66]。治溝造地工程能夠在“源頭”和“過程”對新造耕地及坡耕地等典型區域氮、磷面源污染物進行雙重阻截，曹婧等[67]的研究表明，治溝造地工程中所采用的聯級生態攔截壩對黃土高原小流域區水體中總氮、總磷、硝氮和氨氮總削減率分別可達 44.3%、94.8%、91.2% 和 46.9%。

2.2.5 農業廢棄物資源化利用技術與裝備

針對養殖業污染主要來源于畜禽養殖糞污、水產養殖尾水等，建立了畜禽養殖糞污源頭削減?生物隔離?濕地消納高效生態攔截技術體系，研發了畜禽養殖固體廢棄物肥料化利用技術，奶牛場糞尿“通鋪發酵床”原位消納回用技術、糞污“固液分離前置?臥床墊料再生”技術、糞污“蚯蚓轉化—蚓糞還田”和“厭氧消化處理—沼液還田施用”循環利用技術等；研發了畜禽糞污超高溫預處理堆肥技術和農村多元廢棄物聯合厭氧發酵技術；研制出多原料高效厭氧發酵過程及前后端技術裝備及自動監測與智能控制技術裝備、沼渣一體化制肥與高值化利用技術裝備、沼液高值化利用與深度處理技術裝備等；研發構建了“漁稻共作”尾水處理技術、池塘圈養內循環生態養殖技術、陸基集裝箱和“跑道式”尾水處理循環利用/達標排放技術、 “三池兩壩”和人工濕地尾水生態工程處理技術等[4]。

2.3 區域農業面源污染防控技術體系與模式

2.3.1 西藏“一江兩河”農牧區

該農牧區包括雅魯藏布江、拉薩河和年楚河中部流域。農用地主要由山地、臺地、洪沖積平原和冰磧平原等組成。針對該區以化肥、農膜、農藥的廣泛使用，禽畜糞便的隨意排放為主帶來的氮磷等農業面源污染主要問題[68?69]，李玉慶等[70]通過對西藏主要青稞種植區灌溉與施肥水平、產量、主要面源污染物遷移的徑流條件等進行系統科學調研，提出在保障青稞產量的前提下以化肥的利用效率最高、流失率最低為目標的水肥耦合優化技術模式，同時結合青稞專用控釋肥產品應用[71]，有效降低農業面源污染的風險。

2.3.2 長江上游西南農區

該區包括云、貴、川、渝4 ?。ㄊ校?，農業是該區的支柱產業之一，對地區社會經濟發展發揮著重要作用。針對該區種植業氮磷徑流流失和坡耕地土壤侵蝕主要問題，研究構建形成等高反坡階坡面微地形改造[72?73]、坡改梯[74?75]、生態溝渠[76?77]工程措施，等高植物籬[78]、不同作物間作[79?80]等生物措施，保護性耕作措施與秸稈覆蓋還田[81?82]等為核心的坡耕地水土保持技術；構建丘陵山地小流域面源污染全程治理“減源—增匯—截獲—循環”控制技術體系，即源頭控制坡耕地泥沙與養分流失，改造坡頂低效林，在坡腰營造經果林，合理配置臺地間坡坎林地生態系統形成農林鑲嵌的空間格局，與水土保持生態溝渠、溝谷水田、塘庫的人工濕地功能相結合，構建丘陵上部農林復合系統、山丘區生態強化溝渠、低洼溝谷人工濕地等緊密銜接的農林水復合生態系統；提出丘陵區糧菜輪作 “全流程? 全時段? 全循環” （ “ 三全” ） 農田面源污染防治模式[ 8 3 ]，即以“空間”和“時間”為主線，以“結構優化—景觀攔截”和“流域養分多級利用”為核心內容。

2.3.3 長江中游農區

長江中游自湖北宜昌至江西湖口，包括湖南、湖北和江西三省，地貌類型多樣，包括半高山、低山、丘陵、崗地、盆地和平原。針對水稻、玉米和茶葉經濟作物氮磷、農藥、地膜、秸稈腐解污染水體和畜禽養殖業糞污排放污染問題，研究構建形成丘陵旱地糧、茶農業面源污染防控技術模式，如控釋氮肥減量施用、有機肥替代化肥與生物黑炭利用、生物攔截與稻草覆蓋氮磷徑流消減、間套作減污、病蟲害物理防控等技術；構建了稻?稻、稻?油、稻?稻?油周年全程綜合防治技術模式，如氮磷和農藥污染周年原位阻控、稻秸資源化利用、面源污染物多級攔截、景觀濕地消納等技術；提出了畜禽廢棄物能源化和肥料化綜合利用技術模式，如畜禽養殖廢水處理、固體廢棄物肥料化利用、廢棄物能源化和肥料化綜合利用等技術[4]。

2.3.4 長江下游平原河網農區

主要包括太湖流域和巢湖流域河網農區，地跨江蘇省、浙江省、安徽省和上海市。針對水稻水田、小麥玉米旱地氮磷匯入河流、畜禽排泄廢棄物的淋失、水產養殖尾水排放污染等問題，研究構建形成河網區稻、菜、果面源污染防控技術體系，河網區畜禽、水產養殖污染控制技術體系，太湖流域規?；咎锩嬖次廴局苣耆谭揽丶夹g模式，巢湖流域圩區不同輪作體系面源污染防控技術模式，巢湖流域坡耕地面源污染保土截流技術模式[4]。

2.3.5 東南丘陵農區

主要涉及浙閩丘陵地區。針對土壤侵蝕、種植業化肥農藥和農膜的過量使用、畜禽養殖業排污等問題，研究構建形成丘陵雷竹林農業面源污染綜合防控技術體系，雷竹、茶、果面源污染治理模式，丘陵區水土流失與面源污染治理技術模式、畜禽養殖廢棄物污染控制技術模式[4] 。

2.3.6 華南集約化農區

包括廣東省、廣西壯族自治區、海南省等。針對種植業氮磷流失污染，畜禽業排放氨氮、總氮、總磷污染，水產養殖業排放氨氮、總氮、總磷污染等問題，研究構建形成多熟制稻田、高復種菜地、集約化熱帶果園面源污染綜合防控技術模式，集約化畜禽養殖、水產養殖污染防治技術模式，東江典型流域面源污染綜合防治技術模式[4]。

2.3.7 西北旱地農區

包括新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西、內蒙古西部。針對種植業地膜殘留和氮磷流失、坡耕地果園氮磷流失等問題，研究構建形成綠洲棉田氮磷淋溶綜合防控技術模式，河套灌區、黃土高原玉米田氮磷流失綜合防治技術模式，綠洲棉田、黃土高原蘋果園氮磷流失防控技術模式，綠洲、河套灌區、黃土高原農膜污染防控技術模式[ 8 4 ? 8 6 ] 。通過改變地膜撿拾方式，采用深松耕作、減氮配施有機肥及膜下滴灌等措施，一定程度上可以解決綠洲棉田農膜殘留和面源污染問題[87?88]。

2.3.8 關中平原及秦嶺山地農區

“關中”是指“四關”之內，即東潼關、西大散關、南武關、北蕭關。關中地區一般指西起寶雞，東至潼關，南依秦嶺，北至黃龍山、子午嶺，位于陜西省中部的地區。針對大田、菜田、果園等氮磷流失污染主要問題，研究構建形成小麥?玉米種植制度農業面源污染防控技術模式、秦嶺北麓獼猴桃產區面源污染防控技術模式[89?92]。

2.3.9 華北集約化農區

主要包括北京、天津、河北、河南、山東5 個省市。是我國重要的糧食、蔬菜、肉蛋奶生產區之一。針對大田、菜田氮磷地下水流失污染、畜禽養殖糞污污染等主要問題，研究構建形成小麥?玉米種植制度面源污染防控技術模式，設施菜地氮磷面源污染防控技術模式，規?；膛！⑸i為主體的種養結合污染防控技術模式[93?95]。

2.3.10 東北規?；r區

包括黑龍江、吉林、遼寧以及內蒙古自治區的呼倫貝爾市、通遼市、赤峰市和興安盟。針對平原和長坡耕地氮磷流失污染和未利用秸稈污染等主要問題，研究構建形成平原農區玉米優化施肥+秸稈還田+深翻、肥水熱調控綜合防控技術模式，水稻秧苗控氮、振搗提漿控污、側深施肥、增密減氮的氮磷減排技術，改善耕層結構、增加土壤氮匯、促進作物輸出增容技術模式，坡耕地玉米田氮磷流失控源、生態攔截、固土減蝕整裝水土流失阻控技術模式，玉米、水稻秸稈資源化利用技術模式[96?98]。

2.3.11 都市農區

京津冀、長三角、珠三角是典型都市經濟的重要組成部分，具有保障供給、發展經濟、平衡生態和示范引領等多重作用。針對高投入帶來土壤氮磷盈余及流失、土壤中農藥和新型污染物殘留、溫室氣體排放等主要問題，研究構建形成京津冀、長三角、珠三角源頭控制、過程調控或阻斷、末端治理全程一體化都市農業面源污染綜合防控策略與都市農業可持續發展技術模式[94，99?103]。

3 中國農業面源污染防控思路與策略

3.1 防控思路

3.1.1 應用數字技術和AI 技術，構建我國農業面源污染防控技術和管理融合大數據模型和系統理論

包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理、專家系統、機器學習、計算機視覺等在內的人工智能（artificial intelligence，AI），作為新一輪科技革命的重要驅動力量，是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門自然科學和社會科學交叉的新的技術科學。作為國內外環境污染學術研究和流域污染控制與管理關注焦點的面源污染過程，涉及農業、水利、環境、生態等多學科交叉。借鑒歐美在面源污染負荷計算構建成熟的輸出系數模型（export coefficientmodel， ECM）、改進輸出系數模型（improved exportcoefficient model，IECM）、硬化土模型（hardeningsoilmodel，HSM） 等經驗模型和水土評價模型（soiland water assessment tool，SWAT）、農業非點源污染模型（agricultural non-point source pollution model，AGNPS）、水文模擬模型（hydrological simulationprogram fortran，HSPF） 機理模型，以及污染防治最佳管理措施（best management practices，BMP） 場景應用成功案例[104]。針對面源污染物負荷量化精度不高、系統性全過程治理不足、預測預警體系不完善、管理部門聯動性不夠等問題[105]，和面源污染向現代化農業生產、生態環境精細化管理、長時間尺度源頭到末端受納水體的一體化和精準化模型系統研發需求[106]，充分利用本領域現有科研成果數據、治理場景成功案例和我國發射資源、環境、氣象衛星獲得相關數據資源，以搭建形成農業面源污染天地一體化協同監測平臺為基礎，應用數字技術和AI 技術，對模型結構、輸入數據（如流域降水與蒸發、污染源強等）、模型類型及參數、泥沙吸附解吸和遷移方程類型及參數等，進行定量合理性檢驗、參數敏感分析和優化、管理措施應用效應評價，構建我國農業面源污染融合技術和管理大數據模型，形成農業面源污染系統理論，對污染發生過程和技術場景應用進行模擬，以精準識別農業面源污染發生關鍵區域和關鍵影響因素，揭示發生規律，為采取針對性措施構建適合我國國情的農業面源污染綜合防控方案，精準防控農業面源污染提供支持。

3.1.2 構建流域或區域尺度農業面源污染防控系統協同優化技術體系和監測體系

我國農業面源污染物從常規的氮磷、化學需氧量（chemical oxygendemand，COD）、生化需氧量（biochemical oxygendemand，BOD） 轉向疊加殘留地膜、農藥、抗生素、激素、病原微生物等新型污染物狀態，面源污染從單一以徑流擴散為主轉向淋溶、揮發、累積并重的階段，污染介質從單一地表水體轉向包括地下水體、大氣以及農田生態系統并存的狀態。加之我國復雜多樣的農業生產條件、氣候條件以及自然生態條件，僅從某一環節和采取單一措施很難達到面源污染有效防控目標，污染防治思路必須從全過程系統綜合協同的角度去考慮，體現源頭削減、過程控制、末端治理、再利用等的有效銜接和優化組合[107]。

農業面源污染發生呈現出時空的不確定性和隨機性，受自然地理條件、水文、氣候特征和農業生產條件等因素影響，污染物沒有明確的排放途徑，地理邊界和位置難以識別和確定。面源污染綜合防治需要對污染物源匯路徑全過程的監測，相應的面源污染監測要從田間尺度拓展到流域尺度、區域尺度范圍；利用模型評估面源污染時空分布規律研究必須以區域或流域為對象，才能獲得較高精度計算結果，反過來為面源污染的區域或流域治理提供基礎支撐。

3.1.3 建立農業面源污染防控新質生產力技術體系

針對我國農業面源污染物，重點培育形成以下關鍵技術體系：1） 氮磷土肥水系統管理技術。氮磷養分是流失之源，水是物質移動的載體和流失驅動因素，農田合理施肥灌溉制度構建、土肥水系統管理是控制面源污染根本。構建北方農業主產區區域尺度深層包氣帶?地下水連續系統氮磷淋失和地下水污染風險聯動模型，揭示不同土壤類型、種植模式、降水年型和氣候條件下農田氮磷淋失時空分布特征，建立農田系統氮磷輸入、積累、富集、淋失之間的定量化關系，明確氮磷淋失與水肥響應及耕作制度的相關關系。聚焦東北、長江流域和東南沿海三大水稻優勢產區氮磷徑流流失，研究制定田間氮磷控源增匯最大允許投入量及施肥技術標準，定向研發降低稻田排水氮磷濃度低成本高分子控源材料和高碳氮比生物質材料產品，構建基于氣象?土壤?水文大數據的稻田精準控水擴容技術。2） 綠色投入品。利用現代生物學、材料科學、數字技術等手段，加快研發高效、低成本綠色智能農業投入品及其配套施用技術裝備，提供作物健康適宜生長環境，構建安全、低碳、循環、智能、集約、高效的農業綠色技術體系。3） 農業廢棄物綠色資源化利用技術。利用現代生物學技術、現代化工業體系、現代化信息技術，創新研發農業廢棄物高值化利用技術、產品和裝備。4） 種養結構布局優化。種養業時空錯位布局是導致資源浪費、農業面源污染發生的重要原因。依據“種養結合、清潔生產、因地制宜、循環發展”的思路，開展種養結合區種植、養殖結構解析與耕地糞污污染負荷核算，從宏觀上調整區域糧、畜基地建設規劃和農業產業結構，把種植業和林業、牧業、漁業以及相關加工業有機結合起來，建立具有生態合理性、功能良性循環、能耗低的新型綜合農業體系。5） 新型面源污染物綜合防控技術。以“十三五”構建的農田有毒有害物質優先控制名錄為基礎，結合污染來源、途徑、危害程度，提出典型農田有毒有害化學污染物分類、分區、分級的源頭管控策略。研究旱地、稻田、設施菜地等農田系統中典型農藥、酞酸酯、激素、抗生素、抗性基因和病原菌等的環境效應、污染特性與變化規律，構建農田土壤植物、動物和微生物等原位生物降解生態修復技術體系，制定配套應用技術規程；建立農田病原生物昆蟲媒介傳播阻隔綠色防控技術。

3.2 農業面源污染防控策略

3.2.1 構建農業面源污染防控法規制度約束體系

借鑒國外發達國家的立法經驗，依據我國國情，制定農村環境治理與農業面源污染防控的法律法規和管理規范標準，使農業面源污染治理有法可依。完善農業面源污染違法懲罰制度，加強治理的強制性管理。

3.2.2 構建農業面源污染防控技術支撐體系

優化農業科技資源布局，依托國家農業廢棄物循環利用等科技創新聯盟，深化產學研企合作，強化現代農業產業技術體系建設，在長江經濟帶、黃河流域等我國農業面源污染代表性區域，遴選推介以綠色發展為導向的農業面源污染防控主推技術，促進農業轉型升級和高質量發展。

3.2.3 構建農業面源污染防治監測評價體系

完善我國農業面源污染監測網絡，做好國控點例行監測工作，在重點地區和重點流域加密布設省控監測點，建立大數據和智能終端監控平臺，發揮用數據說話、用數據決策的功能和作用。在農業投入、污染物減排、廢棄物利用、農村環境治理、合格農產品供給等各個環節設置評價指標，加強對地方治理工作考核，將農業面源污染治理工作納入地方政府考核體系。探索飲用水水源水質和水價聯動、水源地保護區面源污染防控生態補償、生態旅游特許經營、綠色有機農產品價值提升等機制，推動經營主體積極有效使用環境友好技術。以水環境整體改善為目標，推行農業面源污染治理跨省縣保護區和受益區間的橫向補償，實現流域上下游協同保護。

3.2.4 建立農業面源污染防控技術標準化運行機制

政府相關部門牽頭組織領域專家對面源污染領域成果開展梳理，編制技術清單，組織制訂系列農業面源污染綜合防控技術規范等，推進農業面源污染防控標準化、規范化，促進面源污染理論和技術成果真正落地實施，提高污染防控工作的目標性和針對性。

3.2.5 建立農業面源污染政產學研用協同治理機制

以解決農業面源污染防控中技術創新與市場需求脫節、技術研發與產業發展相割裂問題為導向，充分發揮科研機構、農業產業體系、相關企業等各自優勢，構建政產學研用融合發展模式，深化合作，將科研成果與實際應用結合起來，積極推廣安全可靠、經濟可行、操作輕簡方便，取得良好應用效果的新技術、新產品、新裝備和整裝集成技術模式。

3.2.6 建立農業面源污染治理長效運行機制

深入實施化肥農藥減量增效、地膜科學使用回收、秸稈綜合利用等重大項目，逐步建立“農民自愿、企業受益、環境改善”的良性循環機制。強化地方政府工程運營監管機制，加大后期維護管理資金保障力度，確保治理項目發揮實效。加快培育新型治理主體，撬動社會資本投入，構建農業面源污染防治多元協同的長效可持續治理體系。

我國生態環境質量總體呈持續改善態勢，但環境保護與經濟發展關系的復雜性有所上升。隨著我國農業生產經營方式的轉變，資源稟賦的質量改變和人民生活方式需求變化，針對糧食安全與環境友好、生態環境保護與經濟社會發展突出矛盾和新時代土壤健康與農業綠色發展需求，未來持續加強田塊、流域、區域等多尺度面源污染防控技術集成配套與工程化應用，落實防控技術工程應用“政產學研用”保障機制與措施，以培育綠色低碳農業新質生產力，提升污染防控技術的環境、經濟和社會效益，全面推進農業面源污染治理工作，促進我國農業高質量健康發展。

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作者簡介：

安志裝，博士，北京市農林科學院研究員。主要研究領域：農業面源污染、重金屬污染農田修復、植物營養與土壤質量提升。主持承擔國家“十一五”、“十二五”科技支撐計劃、“十四五”重點研發計劃、聯合國開發計劃署、北京市重點科技計劃等科研項目。研發出水源保護區農業面源污染生態防控技術和重金屬污染農田生態修復技術，應用取得良好成效。獲省部級科技成果8 項，其中一等3 項；發表核心期刊以上論文78 篇，出版著作6 部，授權技術發明專利3 項。

劉寶存，北京市農林科學院二級研究員?，F任中國植物營養與肥料學會監事長、北京土壤學會秘書長。主要研究領域：土壤資源與環境、植物營養與肥料。主持北京市重大項目、國家 “十一五”、“十二五”科技支撐計劃等項目；組織設計農林生態環境領域國家“十三五”重點研發專項。在國內領先研制成功S 型包膜可控肥和控釋肥連續化生產設備，在國內率先提出研究北方農業面源污染，提出我國農業面源污染高發區和典型區有效解決投入品和產出品造成污染風險的關鍵技術與對策。獲省部級以上科技成果29 項，發表論文85 篇，出版著作15 部，譯著1 部，授權國家專利38 項。

基金項目：國家重點研發計劃項目（2007BAD87B01， 2012BAD15B00， 2017YFD0800）；中國與聯合國開發計劃署合作水資源管理方案項目（CPR/21/401/24/004）。