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农田面源污染如何防控,减肥控水可实现近零排放

科技日报记者 张晔

如何实现粮食增产的农田同时化肥减量?南方平原水网地区因退水造成的氮磷流失面源污染如何防控?如何确保相关技术能落地应用长效运行?

9月9日,在江苏常州举行的面源第二届面源污染治理与管控高峰论坛上,江苏省农业科学院等9家单位共同研发的污染农业面源污染智慧管控方案,得到业内专家学者的何防一致认可。

通过多年技术研发,控减在江苏常州武进区新康村等地2年来的肥控综合示范表明,科研人员在农田源头管控、水可实现排水的近零智慧调度及拦截净化等方面均取得进展,在南方平原水网区农业面源污染防控中实现近零排放,排放为我国南方农区农业面源污染控制和农业绿色高质量发展提供理论、农田技术和政策管理支撑。面源

控住肥管好水实现近零排放

夏末秋初,污染稻谷飘香。何防

记者来到常州市武进区新康村古村塘的控减生态高标准农田,伫立在田间的肥控自动气象站正显示实时信息,排水渠的水泥闸板换成了精巧的自动化排水口,河道溢流坝上新装了铝合金智慧闸门……

在新康村示范的水智慧灌排调度技术,是国家重点研发计划省部联动项目“南方典型农区氮磷迁移转化过程与面源污染发生及调控机制”的重要研究内容。

据主持该项目的江苏省农业科学院薛利红研究员介绍,他们围绕南方农区氮磷的排放、迁移转化及消纳与调控机制,农田“种—土—水—肥—秸”联合管控和排水拦截净化回用技术,以及农业面源污染长效管理维护机制等开展研究,构建农业面源污染解析与智慧管理平台,制定以“管控为主、治理为辅”的农业面源污染防控方案和管维机制。

农田面源污染防控,源头肥料管控是关键。为保障粮食安全,同时实现面源污染有效防控,该项目提出水稻分区分类的施肥指导策略,出台了全国首个省级农田化肥用量定额使用地方标准。为支撑化肥定额施用,项目团队还研发了面向规模生产的轻简高效施肥技术。在新康村的应用结果表明,技术实施田块的氮、磷肥料用量平均分别减少26%和51%,水稻产量较常规田块增产11%,肥料利用效率显著提高,径流氮、磷损失分别减少约47%和42%。

除管好肥之外,如何管好水也很重要。为了从源头上减少农田径流发生,并充分利用水网区的塘浜等水系进行拦蓄回用,实现农田排出养分内循环,项目团队提出了一套完整的农田节灌控排方案。

薛利红介绍说,通过精准泡田和精准灌溉、汛期提高排水口高度等,可实现中雨不排水;通过沟塘水位提前预降以及闸泵调度等手段,在保证不影响水稻生长的前提下,可实现一般暴雨(小于100毫米)不外排,全部滞蓄于田、沟、河,实现农田排水的最大化蓄滞及污染物消解;通过循环灌溉实现水和养分回用,达到区域污染物的近零排放。

“四位一体”长效管控面源污染

养分资源利用不充分加剧了面源污染,如何实现养分高效利用已成为全球性重大科学命题。目前,我国化肥过量施用严重,肥料利用率低。

据中国农业科学院农业资源与农业区划研究所周卫院士介绍,我国常年化肥用量达5300万吨,占世界化肥用量的30%,单位耕地面积化肥用量是世界平均水平的3倍。

周卫认为,建立先进养分管理方法、实施有机肥料替代化肥策略、创制新型高效肥料、研创智能施肥机具、培育高产高效土壤是实现化学肥料减施增效的关键。

该项目团队目前正在加紧研发具有调理作用的有机肥产品,如添加水热炭、生物炭和铁锰镁等调理剂,不仅可减少有机肥生产过程中的氮损失20%—50%,有机肥总养分增加10%—15%,还可促进肥料转化、降低氮磷流失。

江苏省农业科学院杨林章研究员表示,我国人多地少、生态脆弱,既要保障粮食安全又要实现化肥面源污染管控,并确保相关技术能落地应用长效运行,是当前面源污染防控面临的难题之一。

为此,项目团队在农田化肥用量定额标准的基础上,融合数字智能、地理信息等现代化信息技术,创建了化肥实名定额购销智慧平台,为化肥“两制”(实名制购买和定额制施用)落地提供了实操工具以及监管手段。

为助推技术落地推广,项目团队还研发了农田面源污染管控数字孪生平台,通过实时监测、物理建模、数学建模等方法,将地块数据、环境数据、水质水量等多源异构数据联动,对技术和政策实施后的作用过程、长期效果进行虚拟仿真与模拟预测,为污染风险预估与防控决策提供参考依据,为技术与政策模式大范围推广提供科普示范。

“与北方农田相比,南方地区是水稻种植区,肥料损失比较大,加上沟塘浜河交织,面源污染情况更复杂、更严重,所以我国南方农区的面源污染治理研究具有重要意义。”周卫评价道,“该项目从科学用肥、智慧管水、生态化改造、长效管控与运行机制政策四方面入手,构建‘源头减量—过程拦截—修复治理—循环利用’四位一体的4R+智慧管控模式,更加精准、更加智慧、更加生态、更加长效。”

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