[01406929]流域农业面源污染防控技术体系及其在长三角典型种植区的应用

1、课题来源与背景 任务主要来源于国家优秀青年科学基金项目：农业面源污染与养分管理;国家水体污染控制与治理重大科技专项任务：种植业氮磷高效利用与系统阻控技术示范等。当前,我国农业面源污染呈加剧趋势,已逐渐成为影响农村生态环境最主要的污染类型。以养分控制为手段的农业面源污染源头控制、以生态沟渠为载体的氮磷流失过程阻截控制,以及以受纳水体为对象的生态修复技术已进行多方面的尝试与应用,但仍然缺乏行之有效的核心关键技术及应用规范,且迫切需要提出高效、便捷的氮磷精准分析手段。 2、研究目的与意义 建立综合防治方案与推广应用模式,为解决我国农业面源氮磷迁转控制关键科学问题,促进流域水污染防治研究成果逐步走向应用。本成果实施可实现农业面源污染受损河道周边农田地表径流总氮、总磷排放负荷减少30%以上,化肥、农药减量20%以上,修复区河道水质可达到好于地表水GB3838-2002-IV类水质标准,推动当地农业绿色发展和农村地区水环境质量改善。 3、主要论点与论据 1) 开展了基于流域地表水体碳氮磷联合检测的面源污染源识别研究,通过15N、胶体磷、有机碳3个角度精确识别流域面源污染来源,水体磷酸根离子检测限达0.02 μmol L-1。 2) 创建了“日步长”级别的区域氮磷降雨径流流失负荷估算系统,从源因子和迁移因子2个维度构建了长三角典型面源污染风险等级划分体系,提出了基于叶绿素与环境因子自组织映射关系的氮磷生态阈值核算方法。 3) 研发了基于底泥捕获-反硝化-吸磷模块的农业面源污染生态拦截系统,增强了农田排水中氮磷去除效果。沟底嵌入式氮磷去除模块对农业径流中氮磷的去除效果达30%以上,可达到至少30次有效循环利用。 4) 提出了基于源汇转化的农业径流氮磷多级消纳系统,实现了系统应用区初雨径流拦截率90%以上,系统排口水质总氮、总磷浓度与现代农业基地尾水相比降低50%以上。 5) 制定了农田面源污染控制氮磷生态拦截沟渠系统建设地方标准,形成了种植业面源污染监测与氮磷流失综合防控技术工艺包以及推广应用方案,实现了规模化推广应用。 4、创见与创新 1) 基于有机碳三维荧光光谱、氮氧双同位素、胶体态磷及磷酸盐快速检测纳米传感器研究,提出了长三角典型流域面源污染水体碳氮磷联合检测识别新手段。 2) 获得了长三角典型农田土水界面氮磷释放迁移模型及动力学参数,建立了该地区氮磷流失强度模拟、污染负荷尺度转换、风险等级划分及氮磷阈值核算新方法。 3) 研制了炭基面源调理剂与径流氮磷高效吸附基质模块,创建了基于源汇转化的农业径流氮磷多级消纳系统联控新模式,提供了种植业面源污染控制新策略。 4) 制定了生态拦截系统建设规范及农田面源污染综合防控技术推广方案,成果在长三角典型种植区得到了规模化应用,支撑了五水共治与当地农业的绿色发展。 5、社会经济效益,存在的问题 （1）经济效益： 近三年,本成果涉及的土壤氮磷原位减排、面源污染生态拦截、受纳水体生态修复、水质在线实时监测等关键技术与模式已在长三角11个地级市得到应用,主要包括：指导浙江省生态拦截沟渠建设305千米,投资10300万元;浙江省龙游、义乌区域生态循环农业项目建设,投资6000万元;区域农业面源污染综合整治集成技术规模化应用示范工程建设,工程服务面积覆盖2万亩,投资3058万元（位于湖州市长兴县吕山乡）;嘉兴市乍浦镇环城河生态治理项目建设,投资888万元;嘉兴市港区丰收河河道生态治理工程建设,投资551万元（位于嘉兴市港区乍浦）;建设现代效益农业与传统农业相耦合的氮磷流失减排与系统阻控示范工程（位于杭州画境种业有限公司径山种植基地）,工程占地面积1030亩,投资283万元。以上总投资额达21080万元,直接经济利润为3162万元（利润按投资额15%计）。 （2）存在的问题 1) 近几十年我国正处于传统农业与现代农业的交汇期,现代农业和传统农业在水土界面氮磷转化效应明显不同,本成果的应用效果可能不同。 2) 水质水量动态监测、低浓度磷酸根检测器、沟渠脱氮去除装置等方面的仪器和装置应该升级、推广使用,在流域面源污染识别方面,需采用大数据智能监控技术。 3) 需加强面源污染治理关键技术标准规范的推广培训工作。 6、历年获奖情况 无 7、成果简介 该成果围绕“污染识别（溯源与解析）→污染风险（过程及影响）→污染控制（技术与应用）”的总体思路,以长三角典型种植区氮磷流失控制为重点,开展硝氮溯源、磷素运移、有机碳光谱机理等研究,提出面源污染尺度转换、风险等级评估、氮磷生态阈值核算等方法,研发面源污染控制改良技术,编制氮磷生态拦截技术规范,最终建立了综合防治方案与推广应用模式,为解决我国农业面源氮磷迁转控制关键科学问题,促进流域水污染防治研究成果逐步走向应用提供了示范与样板。