【國家獎(jiǎng)】全國面源污染監(jiān)測技術(shù)成果落地
從2017年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上獲悉,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所任天志研究員牽頭完成的“全國農(nóng)田氮磷面源污染監(jiān)測技術(shù)體系創(chuàng)建與應(yīng)用” 獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
科研團(tuán)隊(duì)成員在國務(wù)院第一次全國污染源普查重大科技專項(xiàng)、農(nóng)業(yè)部生態(tài)環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)和北京市重大科技項(xiàng)目等的支持下,經(jīng)18年攻堅(jiān)克難,突破了定量難、變異大等農(nóng)田面源污染監(jiān)測技術(shù)瓶頸,首次創(chuàng)建了全國農(nóng)田面源污染核算方法;創(chuàng)建了農(nóng)田面源污染監(jiān)測技術(shù);首次摸清了全國農(nóng)田氮磷面源污染的底數(shù)和重點(diǎn)區(qū)域,明確了主要農(nóng)藝措施的減排效果。研究成果有效支撐了第一次全國污染普查和全國農(nóng)業(yè)面源污染調(diào)查工作,針對(duì)全國農(nóng)田氮磷面源污染突出的主要模式及排放途徑集成的坡耕地截流減排、設(shè)施蔬菜碳氮水協(xié)同減排等減排技術(shù)模式在全國得到大規(guī)模應(yīng)用。
我國用世界上1/3的化肥養(yǎng)活了世界上1/5的人口。由于肥料的大量投入,提高了作物產(chǎn)量,解決糧食供應(yīng)問題,使全國十幾億人口免遭饑餓。然而,隨著集約化農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,因氮、磷流失引起的農(nóng)業(yè)面源污染日益突出,引起我國地表水富營養(yǎng)化和地下水硝酸鹽污染,從而嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境,威脅人們的生命健康。
治理面源污染已經(jīng)成為踐行綠色發(fā)展理念、改善水環(huán)境質(zhì)量的重大舉措。由于缺乏全國尺度的農(nóng)田面源污染核算方法、規(guī)范可行的監(jiān)測技術(shù)和長期系統(tǒng)的科學(xué)觀測與數(shù)據(jù)積累,從而難以把握我國農(nóng)田面源污染底數(shù)與排放規(guī)律,難以提出針對(duì)性的減排策略。因此,突破農(nóng)田面源污染核算方法和監(jiān)測技術(shù)瓶頸,把握面源污染排放規(guī)律,成為亟待解決的問題。
作為團(tuán)隊(duì)首席專家,任天志和劉宏斌帶領(lǐng)的農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測評(píng)估與防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),勇當(dāng)先鋒,不畏艱難,長期以定量評(píng)估與防控農(nóng)田面源污染為主要研究方向,最終突破農(nóng)田面源污染監(jiān)測技術(shù)瓶頸,創(chuàng)新了全國農(nóng)田氮磷面源污染核算方法,首次摸清了全國農(nóng)田面源污染的底數(shù)和重點(diǎn)區(qū)域,明確了優(yōu)化施肥、節(jié)水灌溉等主要農(nóng)藝措施的減排效果,集成了農(nóng)田氮磷減排技術(shù)模式并得到大面積應(yīng)用,支撐了地方農(nóng)業(yè)面源污染防治與生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè),推動(dòng)了國家農(nóng)業(yè)環(huán)境突出問題治理總體規(guī)劃以及農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施意見等重大規(guī)劃的出臺(tái)和實(shí)施。
農(nóng)田面源污染排放規(guī)律難把握
改革開放以來,我國農(nóng)業(yè)取得舉世矚目的成就,我國用世界上不足9%的耕地卻養(yǎng)活了世界上22%的人口,全國糧食產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)“十二連增”,這不僅促進(jìn)了我國農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展,而且規(guī)避了全球糧食短缺風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí),在糧食持續(xù)增產(chǎn)的背后,我們也消耗了世界上30%以上的化肥,這不僅讓我們投入了大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,同時(shí)也付出了環(huán)境污染的代價(jià)?;侍貏e是氮、磷肥料的長期、大量施用,導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降,土壤質(zhì)量惡化,化肥利用效率逐漸降低,而且隨著我國集約化發(fā)展,肥料氮、磷流失引起的面源污染問題日益突出,我國正面臨著糧食生產(chǎn)安全與環(huán)境保護(hù)的雙重挑戰(zhàn),如何把握農(nóng)田面源污染排放規(guī)律,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展成為亟待解決的問題。
然而,農(nóng)田面源污染具有隱蔽性、分散性、不確定性的特點(diǎn),地形、降水等自然因素及作物、施肥、灌溉、耕作等人為因素均對(duì)農(nóng)田面源污染排放有不同程度的影響。因此農(nóng)田面源污染排放規(guī)律難以把握。眾多難題亟待解決,團(tuán)隊(duì)深感責(zé)任重大,懷著強(qiáng)烈的使命感和責(zé)任感,激流勇進(jìn),努力拼搏,創(chuàng)建了全國農(nóng)田面源污染監(jiān)測技術(shù)體系,提出針對(duì)性減排策略。
攻堅(jiān)克難,突破技術(shù)瓶頸
地下淋溶和地表徑流是農(nóng)田氮磷面源污染發(fā)生的兩條主要途徑。農(nóng)田氮磷面源污染之所以很難監(jiān)測,主要是因?yàn)樵谔镩g條件下很難準(zhǔn)確計(jì)量、采集農(nóng)田淋溶及徑流損失。任天志和劉宏斌帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),攻堅(jiān)克難,堅(jiān)持理論創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新,大膽探索,不斷實(shí)踐。針對(duì)地下淋溶監(jiān)測方法中存在的定量難、變異大等技術(shù)瓶頸,團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了以“單體式田間滲濾池”為核心的農(nóng)田地下淋溶氮磷面源污染監(jiān)測技術(shù),發(fā)明了“淋溶水負(fù)壓收集、原位過濾、可塑軟性隔液膜”一體化裝置。針對(duì)地表徑流監(jiān)測方法中存在的變異大、適應(yīng)性窄等難題,創(chuàng)建了以“串聯(lián)式田間徑流池”為核心的農(nóng)田地表徑流氮磷面源污染監(jiān)測技術(shù),研發(fā)了“可控型徑流收集管、徑流口水平校正儀、串聯(lián)式田間徑流池、一體化排水槽”等成套設(shè)施。兩項(xiàng)監(jiān)測技術(shù)的突破,從根本上解決了農(nóng)田氮磷面源污染監(jiān)測技術(shù)的難題。尤其是,兩項(xiàng)監(jiān)測技術(shù)成本較低,操作簡便,計(jì)量準(zhǔn)確且不影響農(nóng)事操作,可廣泛適用于設(shè)施蔬菜地及坡耕地、平原旱作農(nóng)田監(jiān)測。有了先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)是解決農(nóng)田面源污染監(jiān)測的第一步,如何將技術(shù)推廣應(yīng)用到全國,如何在全國范圍內(nèi)監(jiān)測評(píng)價(jià)農(nóng)田氮磷面源污染更是一項(xiàng)重大難題。為此團(tuán)隊(duì)采取了兩步走的策略解決全國監(jiān)測的難題。
第一步是創(chuàng)建全國面源污染監(jiān)測平臺(tái)。以往在我們國家層面的面源污染都是采用的間接差減法進(jìn)行估算,這樣的結(jié)果完全沒有考慮地域、氣候等的空間變異性,很難達(dá)到公眾認(rèn)可。任天志說,全國范圍內(nèi)監(jiān)測評(píng)價(jià)氮磷面源污染是團(tuán)隊(duì)的宗旨,以偏概全,以點(diǎn)代面,沒有實(shí)際意義,寧肯棄之不用。經(jīng)過長期系統(tǒng)分析全國全地貌、降水等制約面源污染的兩大自然因素,將全國劃分為六大分區(qū),按照“全面覆蓋,重點(diǎn)突出”的原則,最終建成了覆蓋全國六大分區(qū)、54類種植模式、由412個(gè)監(jiān)測試驗(yàn)點(diǎn)組成的全國農(nóng)田氮磷面源污染監(jiān)測網(wǎng)。
第二步是建立全國面源污染大數(shù)據(jù)。有了全國農(nóng)田氮磷面源污染監(jiān)測網(wǎng),就要做到對(duì)各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集、整理和分析,只有通過數(shù)據(jù)的深入整理分析才能發(fā)現(xiàn)規(guī)律,找到存在的問題,從而更好的解決問題。為此,團(tuán)隊(duì)通過不懈努力,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù),研發(fā)了全國農(nóng)田氮磷面源污染監(jiān)測信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)全國監(jiān)測數(shù)據(jù)的高效管理、自動(dòng)審核、大數(shù)據(jù)分析,從而能夠很容易的進(jìn)行識(shí)別氮磷流失高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,進(jìn)而采取相應(yīng)的防控措施。
摸清規(guī)律,推動(dòng)綠色發(fā)展
通過技術(shù)創(chuàng)新與全國范圍內(nèi)的監(jiān)測分析,團(tuán)隊(duì)首次揭示了全國農(nóng)田氮磷面源污染排放規(guī)律,呈南方以地表徑流為主,北方以地下淋溶為主的特點(diǎn),磷素以地表徑流排放為主占80%以上;氮素在南方平原區(qū)以地表徑流排放為主,占61.0%,在黃淮海平原區(qū)以地下淋溶排放為主,占70%.5%。同時(shí)明確了各類種植模式農(nóng)田氮磷排放強(qiáng)度,其中蔬菜是我國農(nóng)田氮磷排放的重點(diǎn)模式。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了以分區(qū)分類為基礎(chǔ)、以實(shí)地監(jiān)測與典型調(diào)查相結(jié)合的全國農(nóng)田氮磷面源污染核算方法。該方法克服了其它模型參數(shù)多難獲取、難以用于行政單元計(jì)算的不足,該方法為全國農(nóng)田面源污染核算提供了依據(jù),被第一次全國污染普查辦公室和全國農(nóng)業(yè)環(huán)保機(jī)構(gòu)采納,成為全國農(nóng)田面源污染普查的基本方法。
團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持以“理論研究為基礎(chǔ),成果落地為目標(biāo)”的研究理念,堅(jiān)持理論與實(shí)踐結(jié)合,理論指導(dǎo)實(shí)踐,努力實(shí)現(xiàn)理論專業(yè)化,最終邁向?qū)嵺`成果化。團(tuán)隊(duì)首次摸清了全國農(nóng)田面源污染的底數(shù)和重點(diǎn)區(qū)域,明確了優(yōu)化施肥、節(jié)水灌溉等主要農(nóng)藝措施的減排效果。黃淮海平原區(qū)、南方平原區(qū)是氮磷排放污染重點(diǎn)區(qū)域。基于農(nóng)田氮磷面源污染排放規(guī)律和主要農(nóng)藝措施減排效果,針對(duì)全國六大分區(qū)農(nóng)田氮磷面源污染突出的主要模式及排放途徑,以控源截流為指導(dǎo),集成了坡耕地截流減排、設(shè)施蔬菜碳氮水協(xié)同減排等六大類減排技術(shù)模式。
農(nóng)田氮磷面源污染減排技術(shù)模式目前已經(jīng)在全國得到大規(guī)模應(yīng)用,同時(shí)推動(dòng)了國家面源污染治理規(guī)劃的出臺(tái)和全國農(nóng)業(yè)環(huán)保體系的發(fā)展,為解決農(nóng)田氮磷污染問題,助推科技成果廣泛應(yīng)用,發(fā)揮了極其重要的作用。團(tuán)隊(duì)希望能與各地方研究單位進(jìn)行更多理論與技術(shù)研究,建立更加高效的農(nóng)田氮磷面源污染減排技術(shù)模式,并且加快農(nóng)田氮磷面源監(jiān)測技術(shù)體系的推廣和普及,為防治我國農(nóng)田氮磷面源污染做出貢獻(xiàn)。
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