“十二五”水專項課題為農田面源污染防治提供全過程控制技術與落地方案

發布日期：2018-11-28 09:31:12 來源：互聯網

 　　農業面源污染防治已經成為我國水環境安全的關鍵措施。面對農業面源污染面廣、量大、分散、隨機性強和防治難度大等特點，如何形成一整套防治組合技術，并形成因地制宜的落地方案，是擺在我們面前的重大現實需求與艱巨任務。松花江流域是我國重要的商品糧基地，為我國糧食安全作出了巨大貢獻。近年來，域內氮磷污染負荷不清，水質目標管理方案缺失；稻田面積不斷擴大，退水無序混亂的問題始終沒有解決，愈來愈成為農田氮磷流失和河流水質改善中的突出問題；農民傳統順坡種植與水肥管理模式下，該流域黑土坡崗地水土與氮磷流失問題長期存在；域內溝渠與河岸帶對退水污染的修復與安全排放機能薄弱。顯然，切實控制以農田為核心的農業面源污染，對該流域及同類地區的水質改善和糧食持續增產等具有現實緊迫性與長遠指導意義。

　　在水專項“松干流域糧食主產區農田面源污染全過程控制技術集成及綜合示范”課題（2014ZX07201-009）的支撐下，由黑龍江省環保廳行政負責，由中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所技術牽頭，由中國環境科學院、黑龍江省農業科學院土壤肥料研究所、黑龍江省科學院自然與生態研究所、東北大學、黑龍江方正縣農業技術推廣中心、寧夏農林科學院等單位參加，經過4年多協同攻關，研發并集成了農田氮磷流失污染全過程控制技術體系與模式，并開展了工程化示范，構建起了清潔小流域落地方案。

　　課題采取“農田源頭減負、溝渠系統高效控制、緩沖帶生態修復、安全入河排放”全過程控制相結合的技術思路，研發并集成了稻田肥水一體化精準控制、凍融坡崗地水土與氮磷流失綜合控制、稻田生態溝渠網絡的氮磷聯控與多級次排灌改造、河岸緩沖帶擬自然濕地修復與退水安全入河控制等4大技術模式，并在120平方公里示范區開展了工程化示范與輻射推廣，使示范區排水進入螞蟻河的氨氮和總磷穩定地控制在1.0 mg/L和0.22mg/L以下的水平，明顯好于考核指標的要求，對松干流域乃至我國類似地區農田面源污染控制和流域水質改善，以及農業的綠色轉型與高質量發展提供了有力支撐。

　　目標管理引領，全過程技術跟進

　　課題開展了示范區污染源監測與解析，明確了氮磷污染負荷時空變化特征，制定了示范區與全流域雙尺度的水質目標管理方案，構建了農田面源水質目標管理決策支持系統，并據此開展了防控關鍵技術研發、模式集成與工程示范，形成了以流域水質目標管理為導向的寒冷凍融區農田氮磷面源污染全過程控制技術思路與流域控制模式（見圖1）。

　　稻田技術升級，源頭遏制成效大

　　針對松花江流域稻田氮肥過量施用、利用率不高、水肥耦合能力差等問題，課題組從肥、水、種植方式三個關鍵點入手，進行綜合施策，精準聯控，實現了氮磷減排。以水田精準施肥、肥水聯控減負、水稻施肥插秧一體化等3項關鍵技術為支撐，形成了稻田肥水精準控制技術模式，改過量施肥為精準施肥，變多次施肥為一次施肥，解決了傳統種植技術排水多、氮磷流失量大、追肥環節多、水肥耦合能力差等問題，推動了稻田傳統技術的變革。示范區稻田在增產增收的同時，氮磷肥減量15%以上，氨氮和總磷流失量減少76%和36%。該技術模式體現了松花江流域乃至東北稻區稻田水肥技術的突破與創新。

　　控-調-用組合拳，坡地徑流變害為利

　　針對目前坡崗地種植模式單一、過量施肥、施肥結構不合理、坡耕地徑流向下游輸送及順坡種植水土流失嚴重等問題，課題組建立了“植物籬埂阻控-種植與施肥結構調控-徑流再利用”一體化的坡耕地氮磷流失小流域控制模式，通過土壤耕作改制、種植結構調整、施肥結構優化以及徑流導流再利用手段，把坡耕地水土與氮磷流失的“控、調、用”有機地結合起來，實現了坡耕地面源污染的有效控制。植物籬埂壟作區田技術通過坡耕地微地形與微生境改造，顯著提升了水土流失的控制效果；通過源頭減量和施肥結構優化使坡地玉米肥料減量15%以上，實現了氮磷的高效利用及流失控制；坡耕地徑流導流及再利用技術，使徑流匯流及再利用率達到90%，旱改水的稻田種植效益提高了2—3倍。

　　灌排有序，有效阻控氮磷輸送

　　針對松花江流域稻田現有溝渠結構氮磷阻控能力不強、排水體系薄弱等問題，課題組集成出基于稻田生態溝渠網絡的氮磷聯控與多級次排灌技術模式，創造性地提出了雙梯形斷面結構，實現了溝渠流水的分層控制，并通過鄉土凈水植物蘆葦和香蒲等形成立體植物墻阻控系統，獲得了理想的氮磷阻控效果；在農田尺度上，以最小工程量構建起了形式靈活、結構簡單的排渠-田塊鑲嵌式回灌井，實現了退水就地回灌，將水利用效率從0.50提高到0.65；在小流域尺度，提出了“一點、兩線、三層次”的稻田新型排灌模式，分別從點、線、面三個控制單元考量稻田灌溉與排水控制，通過不同單元組合與設計，有針對性地提升了不同稻田灌區退水利用效率。

　　荒灘變濕地，筑構生態防線

　　針對流域農田退水末端河岸緩沖帶濕地植被退化、氮磷截留功能羸弱和河岸帶退水無序等問題，課題組通過“溝渠-緩沖塘-濕地-水域”生態格局設計，在濕地分布調查基礎上，模擬自然濕地群落與自組織演替過程，形成了以濕地類型精準區劃為基礎的擬自然群落修復技術體系，使濕地混合群落生物量提高30%以上，生物多樣性指數增加了0.12，退水經過濕地后氨氮和總磷負荷削減36%和44%以上。通過核算濕地單位面積的氮、磷削減能力閾值（mg/m2），確定濕地氮磷安全負荷區間，確定了退水入濕閘門控制方法，解決了濕地缺水問題，獲得了濕地修復與氮磷截留雙增益，實現了濕地排水水質氨氮、總磷分別控制在1.5mg/L、0.3mg/L以下的流域水質管理目標。

　　全民齊動員，流域清潔化

　　課題組以流域水質目標管理方案為導向，以稻田及坡崗地源頭氮磷流失控制為核心，以新型灌排溝渠體系建設為紐帶，以河岸帶匯流安全入河控制為保障，在地方政府的大力支持下，在30余平方公里的核心示范區開展了4大技術模式的工程化示范，并在120平方公里示范區開展了農業企業、農業合作社與農民的技術培訓與重點推廣，取得了良好的示范推廣效果。經第三方評估，核心示范區稻田氮磷肥投入量降低15%以上，灌區退水回灌率達到30%，氨氮和總磷流失量平均減少76%和36%以上，單產平均增加5%以上；坡崗地小流域的徑流匯流及再利用率達到90%，旱改水的稻田種植效益成倍提高，化肥減量15%以上；濕地示范工程控制農田面積約25平方公里，氨氮和總磷負荷削減36%和44%以上，退水入河氨氮和總磷濃度降低到0.5mg/L左右和0.22mg/L以下，實現了退水安全入河。