梅旭榮-我國農(nóng)田面源污染控制技術策略

我國農(nóng)田面源污染控制技術策略梅旭榮研究員meixr@農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點實驗室內容提要我國農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀與趨勢面源污染控制思路與任務農(nóng)田面源污染控制技術策略問題討論2024/11/242農(nóng)田面源污染控制技術一、農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀與趨勢2024/11/243農(nóng)田面源污染控制技術19%谷物9%耕地

30%肉類6%可再生水資源38%水果蔬菜32%化學肥料

20%人口4中國農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀農(nóng)田面源污染控制技術中國農(nóng)業(yè)取得舉世矚目的成就也付出了沉重的資源環(huán)境代價2024/11/24農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀2024/11/24農(nóng)田面源污染控制技術5來源污染物總排放量種植業(yè)畜禽養(yǎng)殖業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)流失量占總排放比重占農(nóng)業(yè)源比重排放量占總排放比重占農(nóng)業(yè)源比重排放量占總排放比重占農(nóng)業(yè)源比重化學需氧量（萬噸）3028.96------1268.2641.9%95.8%55.831.8%4.2%總氮（萬噸）472.89159.7833.8%59.1%102.4821.7%37.9%8.211.7%3.0%總磷（萬噸）42.3210.8725.7%38.2%16.0437.9%56.3%1.563.7%5.5%銅（噸）////2397.2/97.8%54.85/2.2%鋅（噸）////4756.9/97.8%105.63/2.2%我國農(nóng)業(yè)源主要污染物排放情況(2007)數(shù)據(jù)來源：第一次全國污染源普查公報

2007年，我國農(nóng)業(yè)源排放化學需氧量1324.09萬噸、總氮270.46萬噸、總磷28.47萬噸，分別占全國污染物總排放量的43.7%、57.2%、67.4%農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀2024/11/24農(nóng)田面源污染控制技術6污染物來源化學需氧量(COD)總氮(TN)總磷(TP)數(shù)量比例數(shù)量比例數(shù)量比例工業(yè)145.2812.2%----農(nóng)業(yè)種植--71.0438.4%3.6921.7%畜禽705.9859.2%45.7524.7%9.1653.8%水產(chǎn)12.671.1%2.151.2%0.412.4%城市生活源328.0727.5%65.9235.7%3.7722.1%合計1192.00100.0%184.86100.0%17.03100.0%重點流域主要污染物來源、數(shù)量（萬噸）及比例(2007)重點流域包括：海河、遼河、淮河、太湖、巢湖、滇池。數(shù)據(jù)來源：第一次全國污染源普查公報>70%>60%>60%農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀2024/11/24農(nóng)田面源污染控制技術713個農(nóng)業(yè)主產(chǎn)省的COD、TN、TP排放量分別占全國農(nóng)業(yè)源的75.3%、68.8%和69.5%。數(shù)據(jù)來源：第一次全國污染源普查公報農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀2024/11/248農(nóng)田面源污染控制技術農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀13個農(nóng)業(yè)主產(chǎn)省的COD、TN、TP排放量分別占全國農(nóng)業(yè)源的75.3%、68.8%和69.5%。數(shù)據(jù)來源：第一次全國污染源普查公報2024/11/249農(nóng)田面源污染控制技術黑龍江，平均殘膜量60kg/ha，年殘留率達20%，0~10cm土表層殘膜占總量的85.8%，10~20cm下耕作層殘膜量占14.2%。青海省，0~10cm表土層，殘膜量占總殘留量的68~77%，10~20cm殘留量占21~30%，20cm以下的殘留量為2%左右。2007年全國使用總量達106萬t。農(nóng)膜殘留量高達30萬t/年，年殘膜率達30%；造成小麥、水稻減產(chǎn)10%左右，棉花、玉米、花生、油菜減產(chǎn)10~20%，大豆5~10%；蔬菜減產(chǎn)幅度達15~30%，高者可達60%左右。

新疆16個縣市，平均殘膜量37.8kg/ha，最嚴重的達268.5kg/ha農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀2024/11/2410農(nóng)田面源污染控制技術秸稈嚴重污染環(huán)境我國7億噸秸稈焚燒占15%，每年僅秸稈直接焚燒折算二惡英類污染物生成量約達98.4g-TEQ/年，是美國的109倍。秸稈隨意丟棄造成N、P和有機微污染農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀2024/11/2411農(nóng)田面源污染控制技術1949~19781979~19981999~2008糧食總產(chǎn)年均增長率(%)3.472.630.31糧食單產(chǎn)年均增長率(%)3.152.930.96耕地年均增長率(%)0.97-0.19-0.63糧食播種面積年均增長率(%)0.32-0.29-0.64化肥用量(純量)年均增長率(%)37.307.952.40灌溉面積年均增長率(%)3.951.370.33主要增長驅動因素農(nóng)田和水利建設土地經(jīng)營與化肥政策與科技面源污染特征我國不同時期糧食生產(chǎn)各要素變動情況（1949~2008）2024/11/2412農(nóng)田面源污染控制技術面源污染特征13農(nóng)田面源污染控制技術2024/11/24貢獻突出，問題不少！面源污染特征14農(nóng)田面源污染控制技術化肥增產(chǎn)已現(xiàn)“拐點”！2024/11/24面源污染特征化肥流失成為氮磷污染重要來源化肥用量大，養(yǎng)分不平衡利用率低：氮肥當季利用率30~35％（2002）損失高：水田50％，旱地30~40％，全國45％土壤結構退化，土壤微生物組分劣化，保水保土能力和肥力下降2024/11/2415農(nóng)田面源污染控制技術國家產(chǎn)品中國美國德國法國巴西全球總產(chǎn)中國占比%產(chǎn)量人均產(chǎn)量人均產(chǎn)量人均產(chǎn)量人均產(chǎn)量人均豬肉4287.833.3895.229.8421.351.1225.737.1204.310.99413.645.5%禽肉1068.38.11587.152.8//116.519.193749.87340.314.6%牛肉613.44.41080.735.9123.014.9179.229.4670.535.65578.811.0%雞蛋2529.016.5530.817.778.69.587.814.4177.99.56241.840.5%牛奶3525.226.98418.9280.02840.3344.52437.4400.42694.4143.356652.86.2%單位：萬噸、kg/人數(shù)據(jù)來源：FAO，2007；中國統(tǒng)計年鑒，2009世界主要養(yǎng)殖國產(chǎn)量對比表面源污染特征2024/11/2416農(nóng)田面源污染控制技術1980-2009年主要年份我國主要畜禽水產(chǎn)品總產(chǎn)量1980-2007年主要年份我國主要畜禽水產(chǎn)品人均占有量面源污染特征2024/11/2417農(nóng)田面源污染控制技術面源污染特征2024/11/2418農(nóng)田面源污染控制技術面源污染特征2024/11/2419農(nóng)田面源污染控制技術面源污染特征2024/11/2420農(nóng)田面源污染控制技術世界主要養(yǎng)殖國產(chǎn)量對比表傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結構與生產(chǎn)模式導致排污量大節(jié)能減排的種植結構體系尚未形成畜禽養(yǎng)殖布局和養(yǎng)殖結構不合理種植業(yè)化肥農(nóng)藥過量和不合理使用畜禽養(yǎng)殖廢棄物缺乏安全處理與循環(huán)利用規(guī)模以下養(yǎng)殖量超過50%，污染物排放量超過2/3，無害化處理率低養(yǎng)殖廢棄物直接還田帶來二次污染面源污染特征2024/11/2421農(nóng)田面源污染控制技術面源污染演化態(tài)勢糧食需求剛性增長根據(jù)《國家糧食中長期發(fā)展規(guī)劃綱要》2020年糧食需求達到ooffz億斤2030年糧食需求達到otszz億斤按照95%自給率計算2020年糧食產(chǎn)能達到10900億斤2030年糧食產(chǎn)能達到12000億2024/11/2422農(nóng)田面源污染控制技術年度20002008201520202030人口(億)12.6713.2814.014.515.0城鎮(zhèn)化率36.2%45.7%50.0%55.0%60.0%人均需求量肉類（公斤）47.554.856.459.365.5蛋類（公斤）17.220.420.821.924.1奶類（公斤）7.328.539.750.382.0水產(chǎn)類（公斤）29.236.942.045.052.0總需求量肉類（萬噸）60147278789686589825蛋類（萬噸）21822702291231973615奶類（萬噸）91937815558734412300水產(chǎn)類（萬噸）37064895588065707800注：2000-2008年數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局，2015-2030年為預測數(shù)據(jù)。肉類和蛋類人均需求量年增長率為1%，奶類年增長率5%，水產(chǎn)品年增長率2%。引自：中國養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究項目（初稿）養(yǎng)殖產(chǎn)品需求旺盛面源污染演化態(tài)勢2024/11/2423農(nóng)田面源污染控制技術面源污染演化態(tài)勢面源污染形勢極不樂觀農(nóng)業(yè)主要污染物產(chǎn)生量仍將增長35%~50%糧食增產(chǎn)需求大，種子、肥料和灌溉仍是增產(chǎn)的主要驅動因素，農(nóng)田潛在污染壓力突出畜禽養(yǎng)殖數(shù)量與規(guī)模不斷升級，產(chǎn)污量高，處理難度大，污染風險高有效控制排污量和入河入湖負荷，面臨政策成本和技術成本的巨大壓力2024/11/2424農(nóng)田面源污染控制技術二、面源污染控制思路與任務2024/11/2425農(nóng)田面源污染控制技術面源污染控制難點結構升級與保障供給的矛盾（資源短缺）農(nóng)業(yè)高增長與低污染的矛盾（發(fā)展方式）量大面廣與集中控制的矛盾（規(guī)模經(jīng)營）污染懲罰與治理激勵的矛盾（政策機制）……2024/11/2426農(nóng)田面源污染控制技術農(nóng)業(yè)特征污染物排放特征與負荷基于水生態(tài)分區(qū)和維持目標生產(chǎn)能力的污染物排放控制基準污染物源頭控制的替代技術農(nóng)業(yè)污染物的循環(huán)利用激勵機制與補償政策，……面源污染控制重點2024/11/2427農(nóng)田面源污染控制技術農(nóng)業(yè)面源污染的根本原因是從產(chǎn)業(yè)結構到發(fā)展方式的資源過度消耗與浪費農(nóng)業(yè)污染物是放錯了地方的“資源”面源污染控制與治理的關鍵是資源高效和循環(huán)利用，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中解決問題“源頭削減，過程消納，末端循環(huán)”面源污染控制總體思路2024/11/2428農(nóng)田面源污染控制技術源頭削減：基于特定生產(chǎn)目標和污染負荷控制的產(chǎn)業(yè)結構高級化和資源高效化過程消納：發(fā)揮農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性和自凈功能，阻斷與吸附排放污染物末端循環(huán)：“廢棄物”肥料化、飼料化、能源化循環(huán)利用，污染的生物凈化與修復面源污染控制總體思路2024/11/2429農(nóng)田面源污染控制技術面源污染控制主要任務揭示典型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)污染物排放負荷特征，建立面源污染負荷估算方法、風險評估技術、污染控制指標體系、經(jīng)濟政策和激勵機制查明主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)資源承載力和環(huán)境容量，建立基于資源承載力和環(huán)境容量的產(chǎn)業(yè)結構、種養(yǎng)一體化和污染物過程消納生態(tài)配置模式，形成N、P污染物的區(qū)域化管理2024/11/2430農(nóng)田面源污染控制技術集成農(nóng)田氮磷高效利用和徑流凈化技術，形成農(nóng)田面源污染全過程良好控制的技術體系集成規(guī)模養(yǎng)殖廢棄物固液分離處置和循環(huán)利用技術，研發(fā)規(guī)模以下生態(tài)養(yǎng)殖模式、健康養(yǎng)殖技術和廢棄物循環(huán)利用技術系統(tǒng)面源污染控制主要任務2024/11/2431農(nóng)田面源污染控制技術三、農(nóng)田污染控制技術策略2024/11/2432農(nóng)田面源污染控制技術結構優(yōu)化技術和產(chǎn)業(yè)升級2024/11/2433農(nóng)田面源污染控制技術生產(chǎn)供應污染負荷承載力環(huán)境容量產(chǎn)業(yè)需求民生訴求資源配置結構模式政策機制技術進步土地利用種植制度社會屬性自然屬性是C少了？還是N多了？集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2434農(nóng)田面源污染控制技術現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)轉型戰(zhàn)略C與N肥利用率集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2435農(nóng)田面源污染控制技術現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)轉型戰(zhàn)略CNW與系統(tǒng)生產(chǎn)力集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2436農(nóng)田面源污染控制技術南方稻田源頭氮磷運籌減量技術：

確定了滿足稻麥高產(chǎn)需求和污染低排放的施氮量，稻麥輪作體系施氮量由540kg/ha降低到400kg/ha，氮流失量降低20%~30%集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2437農(nóng)田面源污染控制技術北方小麥-玉米實時控灌與控肥減施技術

根據(jù)不同作物施肥的關鍵節(jié)點及控釋肥在土壤中釋放規(guī)律，把控制灌溉與減少氮流失結合，與農(nóng)民習慣施肥比較，節(jié)約用肥20%-30%，不減產(chǎn)，減少追肥用工成本50—80元/畝。集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2438農(nóng)田面源污染控制技術處理減施量kgN/ha2006-20072007-20082008-20093年平均值減排量產(chǎn)量減排量產(chǎn)量減排量產(chǎn)量減排量產(chǎn)量N4（農(nóng)戶）----204--203--174---195N3（-20%）17438194391998218353192N2（-40%）3486820576202193171112193N1（-60%）522111156120154248119160143南方設施菜地氮磷科學減施技術效果

設施栽培常規(guī)氮肥用量超過正常需求20%-40%，通過合理減施技術施氮量可減少170-350kg/ha，不影響產(chǎn)量和品質，可減少氮排放53-112kg/ha。集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2439農(nóng)田面源污染控制技術北方設施菜地根層氮磷減量調控技術提出適宜的根層供氮指標，從源頭控制設施菜田氮素過量投入，根層供氮基本維持200kgN/ha，設施番茄減氮52%，設施黃瓜減氮44%簡化模式集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2440農(nóng)田面源污染控制技術處理產(chǎn)量

(t/ha)灌溉量(mm)氮肥投入量

(kgN/ha)經(jīng)濟效益（萬元/畝）移栽-第一穗果膨大第一穗果膨大-收獲傳統(tǒng)水氮94.1a2853346001.33水肥一體化97.1a2851812281.39

水肥一體化技術減施效果北方設施菜地水肥一體化技術改大水漫灌為水肥一體化（優(yōu)化滴灌、優(yōu)化畦灌、NP調控）集約化農(nóng)田減氮增碳控磷2024/11/2441農(nóng)田面源污染控制技術現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)轉型戰(zhàn)略氮磷流失的生物控制2024/11/2442農(nóng)田面源污染控制技術增碳、減氮、控磷、節(jié)水一體化不同氮磷吸收特性作物時空配置生態(tài)退（排）水溝渠……生態(tài)溝渠生態(tài)溝渠攔截技術效果：生態(tài)溝渠攔截技術對氮磷的攔截率分別為53%和55%。TNTPPO43-PNO3--NNH4+-N生態(tài)溝渠(mgL-1)0.740.090.060.130.08土溝渠(mgL-1)1.420.130.100.460.10河水樣(mgL-1)1.220.160.110.270.23農(nóng)田氮磷流失的生物控制混凝土溝渠2024/11/2443農(nóng)田面源污染控制技術溝渠浮床水稻氮磷削減技術水稻總生物量1933kg/畝，籽粒理論產(chǎn)量507.4kg/畝,每1000m2浮床帶走水體中總氮31.57kg，總磷14.89kg.農(nóng)田氮磷流失的生物控制2024/11/2444農(nóng)田面源污染控制技術冬春季秋冬季肥料氮的投入肥料氮的投入蔬菜吸收蔬菜吸收填閑作物吸收

淋洗

淋洗夏季南方菜地填閑作物阻控氮磷流失農(nóng)田氮磷流失的生物控制2024/11/2445農(nóng)田面源污染控制技術處理2008年2009年無填閑填閑攔截率（%）無填閑填閑攔截率（%）填閑減量+填閑填閑減量+填閑N(農(nóng)民)1237638--956433--N3（-20%）9054405693564041N2（-40%）5234357234252674N1（-60%）3822428224192180N017947--11464--在設施蔬菜高氮肥投入體系中，淋洗高峰發(fā)生時期（揭棚期）填閑玉米對氮素淋洗攔截率為30%左右，減量的同時配合填閑作物氮淋洗攔截率為61%。南方菜地填閑作物攔截阻控技術農(nóng)田氮磷流失的生物控制2024/11/2446農(nóng)田面源污染控制技術北方菜地夏季甜玉米填閑阻控技術氮素減少40-50%+阻控攔截率34%農(nóng)田氮磷流失的生物控制2024/11/2447農(nóng)田面源污染控制技術處理0-200cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量第一茬番茄第二茬空心菜/填閑第三茬大蘿卜填閑+推薦施肥1012.7435.9669.9休閑+習慣施肥1386.6911.01630.3硝態(tài)氮累積降低率(%)27.052.258.9

處理0-90cm土壤剖面硝態(tài)氮淋失量第一茬番茄第二茬空心菜/填閑第三茬大蘿卜填閑+推薦施肥4.46.94.2休閑+習慣施肥4.412.38.2淋失降低率（%）0.543.948.8

北方菜地小經(jīng)濟作物填閑阻控技術小經(jīng)濟作物填閑攔截阻控技術敞棚期阻截率41.8%，下茬作物淋失降低50.8%，綜合阻截率47%農(nóng)田氮磷流失的生物控制2024/11/2448農(nóng)田面源污染控制技術南方丘陵果園生物籬攔截—濕地凈化技術

濕地凈化精準養(yǎng)分管理生物籬攔截氮流失降低56.1％磷流失降低22.2％農(nóng)田氮磷流失的生物控制2024/11/2449農(nóng)田面源污染控制技術小麥/玉米輪作體系區(qū)域養(yǎng)分平衡及高效利用建立區(qū)域尺度農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水基礎數(shù)據(jù)庫,確定目標產(chǎn)量，采用平衡計算的方法控制作物生長期間碳素、氮素、磷素的總用量將作物秸稈和畜禽廢棄物納入養(yǎng)分管理，確定適宜秸稈還田量和有機肥施用量采用高效品種、控釋補氮、監(jiān)控磷鉀、優(yōu)化灌水，在保障總產(chǎn)穩(wěn)步提高的同時，無機養(yǎng)分投入減少養(yǎng)25%，利