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农田种植业污染防治课题将成果谱写在田野上

来源:快资讯    作者:    发布时间:2020-01-03


  太湖是我国五大湖泊之一,美满天下。太湖流域河网密布,自古以来即为“鱼米之乡”。流域内有耕地2266万亩,占全国耕地面积的1.8%,其中水田1856万亩、旱地410万亩,复种指数200%,高出全国平均水平。

  自2007年太湖蓝藻事件爆发后,太湖备受全社会关注。国务院针对事件作出重要批示,要求加大太湖水污染治理力度。国家治太总体方案中明确指出,2020年要实现太湖水质总体达到Ⅳ类水平目标,并提出了控源截污与生态修复统筹推进的战略部署。

  农业面源污染是太湖污染的主要因素之一,而农田种植业污染又是农业面源污染的重要来源。竺山湖为太湖西北角的一个湖湾,其水质也反映了太湖水质的好坏。2013年监测数据结果显示,竺山湖水体水质依然处于劣Ⅴ类水平。竺山湾区域种植业发达,农田施肥水平居高不下,种植业结构不合理现象突出,农业废弃物处理不足,使得区域内水环境质量不容乐观,农村内塘成为纳污场所,致使大量的污染物随河排入竺山湖。要想从根本上改善竺山湖水质,必须严格控制竺山湾区域的种植业面源污染。

  “十二五”期间,国家水体污染控制与治理科技重大专项湖泊主题的太湖流域水污染治理与富营养化综合控制技术及示范项目专门设置了“竺山湾农田种植业面源污染综合治理技术集成研究与工程示范”课题,由中国科学院南京土壤研究所承担,中央财政划拨资金2228.79万元,参与单位包括江苏省农业科学院、上海市农业科学院、江苏省农业环境监测与保护站、中国农科院农业环境与可持续发展研究所。

  课题在“十一五”期间研究提出的农业面源污染控制的“4R”(源头减量-过程拦截-循环再利用- 生态修复 )技术的基础上,突破了集约化农田(稻、菜、果)的化学投入品减量与高效利用技术、农田种植业面源污染的三段式拦截技术、稻麦秸秆与蔬菜残体中养分的多级利用技术等,形成了“总量削减-高产高效-水质改善”的种植业面源污染控制新技术体系,构建了水稻、菜地和果树的生态种植新模式,并提出了竺山湾区域种植业结构调整方案,为竺山湾区域种植业面源污染的有效削减提供了技术支撑与示范样本。

  近日,记者就农田种植业污染的防治及取得的成果,采访了国家水体污染控制与治理科技重大专项有关负责人。

  从源头上控制化肥施用是减少农田面源污染的关键

  据项目负责人介绍,农田面源污染主要是因为投入过多的化肥未被作物有效吸收利用而随降雨、淋溶流失到周围水体中。课题研究区域--竺山湾内种植业面积26万亩,占竺山湾总面积的20%,其中稻田占比72%、菜地占比18%、果林等占比10%。为追求产量和经济效益,当地农户盲目大量施用化肥,土地养分流失严重。据课题组调查,研究区稻田年化肥氮磷投入量高达700kg/ha~800kg/ha,蔬菜1800kg/ha~2400kg/ha,果园900kg/ha~1500kg/ha,远超过作物生长的实际养分需求。因此,如何根据作物高产的养分需求进行科学施肥、提高肥料利用率是农田面源污染防控技术研发的核心。

  课题组针对竺山湾经济发达、劳动力紧张等特点,研发了省工节本的水稻专用缓控释掺混肥一次性施肥技术及施肥插秧一体化技术,在化肥用量比常规农户减少30%的情况下,可保证水稻增产2.7%~8.2%,每亩经济效益增加100元以上,氮磷流失损失可减少22%~67%。

  针对蔬菜集约化程度高、施肥用量盲目的情况,在近10年长期定位施肥试验的基础上,课题组研发了基于化肥科学减量的水肥一体化增效技术及硝化抑制剂增效技术,使得每季蔬菜平均施氮量由470 kgN/ha降低至160 kgN/ha,每亩节约施肥人工成本960元,蔬菜产量增加1倍以上,氮磷淋洗损失减少了30%,氮磷径流损失减少了60%。

  针对集约化果园,研发了硝化抑制剂增效与果园生草覆盖耦合的增效减排技术,葡萄园的平均施氮量可由农户常规的545 kgN/ha降低至370 kgN/ha,节约成本10.2%,产量保持不减,氮磷损失减少32.5%。

  农田排水三段式全过程拦截净化技术系统提高了农田排水水质

  农田排水一般通过沟渠、洼地排入河道,而排水中的污染物也随之进行迁移,因此,如何在氮磷等污染物进入河道前进行拦截是减少水体污染的关键。

  课题组结合已有成熟技术与经验,提出了农田种植业面源污染的“近源拦截-输移控制-末端净化”三段式工艺,形成了“农田排水三段式全过程拦截净化技术系统”。该技术系统主要针对农田排水在时间和空间上分布不均匀、农田区域可用于处理污染物的空间有限、现有处理技术无法实现效果稳定等问题,综合考虑每个田块的排水口、排水沟渠、排水汇流的低洼地及小支浜等污染物流经场所,采用促沉装置拦截、生态沟渠削减、湿地支浜调蓄与净化等工艺环节,实现对农田排水污染物的有效拦截。

  这一技术系统在课题“区域种植业污染物联控综合示范工程”中进行了全面应用,工程涉及种植规模约3000亩,主要为稻麦轮作农田,零散分布菜地和葡萄园,污染物过程拦截分项工程将总工程区分成6大地块,按照现有空间布局和条件,分别设计了近源拦截的促沉装置、输移控制的生态沟渠、末端净化的湿地支浜等工程。工程效果表明,系统对农田排水总氮的拦截净化效率平均达到55%以上,出水主要污染物的总氮浓度在大部分时间低于或等于2.0mg/L。

  区域种植业废弃物多级利用技术为竺山湾农业废弃物循环利用提供技术支持

  农作物秸秆、畜禽粪便及生活污水,是农业生产与农村生活过程产生的废弃物。随着竺山湾人口增长和农业生产发展,农业与农村废弃物产生量与日俱增。农业与农村废弃物处置不当,也是引发竺山湾区域水质污染的重要因素。

  课题组针对上述问题集成示范了稻麦秸秆粉碎-匀铺机械化全量还田、秸秆床多元废弃物厌氧发酵集中供气、蔬菜残体两相厌氧发酵大棚增温补光以及基于沼液沼渣及有机肥还田的农牧结合废弃物养分循环利用等新技术,这些技术在课题核心示范区进行了大面积示范应用推广,对示范区河道水质改善起到了积极作用。

  稻麦秸秆粉碎-匀铺机械化全量还田技术显著提高了秸秆还田机械作业水平和还田效果,实现了稻麦收割、秸秆破碎匀铺还田、小麦播种、秧苗移栽的全程机械化,较传统机械化还田秸秆分布均匀度提高40%以上,秸秆还田质量显著提升,每亩节省成本50元以上,稻麦产量较秸秆不还田时略有增加。

  对于蔬菜秸秆,采用新型两相厌氧产沼气发酵工艺及沼气大棚补光增温增肥技术,消除了蔬菜残体废弃造成的环境污染,沼气大棚照明起到了补光增温作用,沼液沼渣还田不仅节约肥料投入成本,还显著提高了大棚蔬菜产量和品质。

  针对示范区域内畜禽养殖废弃物,采用种养结合模式,以“秸秆+生活污水+畜禽粪污”联合发酵产沼气和有机肥加工模式,实现多元农村废弃物梯级利用,厌氧发酵产生的沼气为集中居住区农户提供生活用气,产生的沼液沼渣就近还田,可减少化肥用量30%以上,增加稻麦产量10%以上,基本消除了养殖场污染物直接外排现象。

  稻菜果生态种植模式为太湖治理项目的实施提供了技术规范

  据江苏省农业环境监测与保护站的课题相关负责人介绍,课题组在对化肥农药源头减量技术、氮磷流失生态拦截技术以及农业废弃物养分循环利用技术研发的基础上,根据竺山湾区域生产特色进行了集成,形成了农牧配套型循环农业及有机农业等生态种植模式,并在江苏省太湖治理项目中得到了推广应用,为太湖治理项目的实施提供了建设规范。

  据不完全统计,近3年,在竺山湾区域推广实施了江苏省太湖流域面源污染治理项目、国家农业综合开发产业经营财政补助项目、省级高效设施农业园艺等项目,总覆盖农田面积2.9万亩,为江苏省农业面源污染的削减以及河道水质的改善贡献了力量。

  竺山湾种植业结构调整方案及生态补偿政策建议为政府决策提供了科学参考

  课题组对竺山湾区域不同类型土壤中养分与不同水体中氮磷浓度进行了分析,结果表明蔬菜用地土壤氮磷指数最高,主要沿太湖分布,其次是果园等,与此对应环绕水体的氮磷指数也较高。氮磷指数高的区域主要位于太湖流域一级保护区内,属于优先调整优化范围。

  课题组在文献和实地调研相关数据的基础上,采用线性优化模型,统筹考虑经济收益最大化和污染排放总量控制,对竺山湾种植业结构进行了情景分析,确定了能满足区域氮肥投入减少20%、氮流失量减少30%的预期目标且相对净收益比调整前分别增加7%和1%的最优和次优种植结构情景,编写了竺山湾区域种植业结构调整方案,为当地政府决策提供了强有力的科技支撑。

  相关负责人还介绍,在调研过程中,所有被访农户都对环境友好型种植技术持积极欢迎态度,但需要政府来承担环境友好型农业技术实施过程中潜存的收益风险,并希望能在节水节肥设施与环保肥料的购买、便利的绿色产品品牌市场衔接和绿色环保产品溢价分享方面得到相应的政策支持。

  课题组综合考虑清洁种植生产方式带来的生态环境效益和可能的收益损失,提出了与种植结构调整相配套的生态激励与补偿政策建议,建议政府设置生态效益奖励资金以及机会成本补贴资金。对于采用清洁生产模式的清洁生产者们给予生态效益奖励;对于那些采纳清洁生产技术如冬季放弃种小麦改种绿肥植物等造成农户收益有所降低的,给予机会成本补贴。

  课题组还对生态补偿资金的来源提出了可操作建议,建议政府部门可从土地出让金中提取设立生态补偿基金;借鉴国外做法向生产化肥和农药等化学投入品的农资生产企业适当征收环境税;向社会公众募集生态补偿资金,建立公众参与监督机制。

  


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