熊煒，杜會英，徐長春，鄭戈*

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技發(fā)展中心，北京100122；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津300191）

“農(nóng)業(yè)面源和重金屬污染農(nóng)田綜合防治與修復(fù)技術(shù)研發(fā)”重點專項在科技部統(tǒng)一領(lǐng)導下，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、生態(tài)環(huán)境部、教育部、自然資源部、中國科學院等相關(guān)部委的大力支持下，以問題和任務(wù)目標為導向，緊密圍繞國家和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大需求，以我國農(nóng)業(yè)面源污染高發(fā)區(qū)和重金屬污染典型區(qū)為重點，以農(nóng)田面源污染物和重金屬溯源、遷移和轉(zhuǎn)化機制、污染負荷及其與區(qū)域環(huán)境質(zhì)量及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系等理論創(chuàng)新為驅(qū)動力，經(jīng)過5 年的努力，基本突破氮磷、有毒有害化學/生物、重金屬、農(nóng)業(yè)有機廢棄物等農(nóng)田污染物全方位防治與修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，提升了我國面源和重金屬領(lǐng)域裝備和產(chǎn)品的標準化、產(chǎn)業(yè)化水平。

1 總體情況

專項按照基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)集成示范的全產(chǎn)業(yè)鏈3 個層次，設(shè)置了35 個項目，其中基礎(chǔ)研究設(shè)置7 個項目，共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)設(shè)置15 個項目，技術(shù)集成應(yīng)用示范設(shè)置13 個項目。專項總體實施周期為2016 年1 月1 日至2020 年12 月31 日，預(yù)算總額6.23 億元。從年度立項情況來看（表1、圖1），2016 年立項11 項，涉及基礎(chǔ)研究4 項，共性關(guān)鍵技術(shù)研究類5項，集成示范類2項；2017年立項15項，涉及基礎(chǔ)研究3項，共性關(guān)鍵技術(shù)研究類9項，集成示范類3 項；2018 年立項9 項，涉及共性關(guān)鍵技術(shù)研究類1項，集成示范類8 項。專項經(jīng)費情況見表1、圖2 和圖3。目前各項工作正在順利實施中。

圖1 2016—2018年立項項目數(shù)Figure 1 The number of projects approved from 2016 to 2018

專項共由26 個單位牽頭承擔，全部為大專院校和科研院所，其中：大專院校8 個，占單位總數(shù)的30.8%，承擔了10 個項目，占項目總數(shù)的28.6%；科研院所18 個，占單位總數(shù)的69.2%，承擔了25 個項目，占項目總數(shù)的71.4%。

圖2 2016—2018年立項項目經(jīng)費數(shù)Figure 2 Project funding from 2016 to 2018

表1 立項數(shù)量和經(jīng)費數(shù)量統(tǒng)計Table 1 Statistics on the number of projects approved and the amount of funds

圖3 2016—2018年不同地區(qū)項目經(jīng)費數(shù)Figure 3 The amount of project funds in different regions from 2016 to 2018

從地域分布看，35 個項目分布在12 個省份，其中：北京10 個，天津5 個，江蘇和廣東各4 個，浙江3個，河北和湖南各2 個，黑龍江、新疆、重慶、陜西、山東各為1 個。從項目數(shù)量和獲批經(jīng)費金額來看，北京獲得的經(jīng)費也最多，其次是天津、江蘇和浙江。

專項有2 150 人參加（圖4），其中正高級職稱493人，副高級職稱610人；博士1 162人。

圖4 2016—2018年項目人員職稱情況Figure 4 Title status of project personnel from 2016 to 2018

2 進展和主要成效

與“十二五”末期國內(nèi)本領(lǐng)域研發(fā)水平相比，專項在基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)和集成示范等方面取得了顯著成效，部分領(lǐng)域有突破性進展，已經(jīng)形成近50項標志性成果，獲得省（部）及國家獎勵近30項。

2.1 基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域

基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域產(chǎn)生了一批重要理論創(chuàng)新，有效支撐了共性技術(shù)研發(fā)和集成示范建設(shè)。專項共產(chǎn)生重要理論創(chuàng)新超過20 項。首次識別了我國稻田氮磷流失空間格局和稻田氮磷“源匯”功能，構(gòu)建出不同水稻主產(chǎn)區(qū)流域尺度氮磷流失污染風險評估體系。明確了氮、磷在土壤中的運移淋失控制機制，提出了基于全國尺度的硝酸鹽脆弱區(qū)農(nóng)牧業(yè)硝酸鹽淋失消減措施；構(gòu)建區(qū)域尺度農(nóng)田與農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染源解析方法，闡明了復(fù)合污染重金屬在土壤界面的分子作用，以及農(nóng)田重金屬遷轉(zhuǎn)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系的機理機制。自主建立了有毒有害化學污染物同位素標記合成方法，以及去除和調(diào)控農(nóng)田典型有機污染物的方法原理[1]。

2.1.1 農(nóng)田氮磷污染負荷與區(qū)域環(huán)境質(zhì)量關(guān)系的機理機制

初步明確了氮、磷在土壤中的運移淋失控制機制，構(gòu)建了包含大孔隙優(yōu)先流和磷素遷移化過程的土壤水熱碳氮磷動態(tài)模擬軟件（WHCNSP）V1.0，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的地表水和地下水水量水質(zhì)自動監(jiān)測平臺，提出了基于我國硝酸鹽脆弱區(qū)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)硝酸鹽淋失的消減措施；評估了稻田控水減排措施對水稻生長及稻田氮磷流失的影響，系統(tǒng)分析了典型種植模式下稻田氮磷流失特征，識別了氮磷流失關(guān)鍵風險期，構(gòu)建了不同水稻主產(chǎn)區(qū)流域尺度氮磷流失污染風險評估體系，多時空尺度闡明了徑流氮磷流失的變化規(guī)律、驅(qū)動因素及主控因子；初步明確了農(nóng)業(yè)廢棄物好氧轉(zhuǎn)化碳氮磷硫轉(zhuǎn)化、損失規(guī)律及損失驅(qū)動因子，初步闡明了農(nóng)業(yè)廢棄物好氧生物轉(zhuǎn)化過程中腐殖質(zhì)的化學組成與動態(tài)變化規(guī)律等。

2.1.2 農(nóng)田重金屬污染遷轉(zhuǎn)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系的機理機制

構(gòu)建區(qū)域尺度農(nóng)田與農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染源解析方法，初步建立了土壤作物系統(tǒng)重金屬源匯耦合機理與多尺度模型，不同鎘、鉛、汞作物吸收預(yù)測模型，土壤鎘、鉛、汞生物有效性預(yù)測模型，土壤砷、鉻生物有效性預(yù)測模型，流域尺度重金屬通量估算模型；初步闡明了重金屬吸附的微界面模型與機制，明確了土壤-水微界面體系下砷的吸附機制以及pH、磷酸根和有機質(zhì)等的影響以及共存離子和有機質(zhì)的影響；闡明復(fù)合污染重金屬在土壤界面的分子作用機制、農(nóng)田土壤-植物體系中形態(tài)分配與競爭機制，探索不同重金屬污染程度的農(nóng)田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化與農(nóng)田土壤質(zhì)量和健康的內(nèi)在關(guān)系，揭示不同類型地質(zhì)高背景地區(qū)農(nóng)田土壤重金屬生物有效性規(guī)律等。

2.1.3 化學污染物的同位素標記合成方法及監(jiān)測標準研制

該成果攻克了高比活度同位素標記農(nóng)藥合成中的技術(shù)瓶頸，于國際上首次建立安全高效的放射性標記毒死蜱非氯氣取代微量合成方法，在國內(nèi)首次自主合成了高比活度14C-毒死蜱；同時優(yōu)化了14C-磺胺嘧啶和14C-磺胺甲惡唑的微量合成方法，開創(chuàng)了苯環(huán)標記的14C-乙酰化磺胺嘧啶全新微量合成方法，有效地提高了合成產(chǎn)率，獲得了高比活度的14C-磺胺嘧啶標記化合物，并摸索出全新的14C-乙?；前粪奏ぃá觯┑暮铣煞椒?，使我國在該領(lǐng)域達到了國際先進水平，有效解決了該領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)和卡脖子的難題，也有效促進了化學與生物合成技術(shù)、化學檢測、同位素示蹤等技術(shù)以及環(huán)境化學、環(huán)境科學、農(nóng)藥學等相關(guān)領(lǐng)域科學、技術(shù)進步和科技創(chuàng)新整體水平提升。

該成果從質(zhì)量平衡角度溯源追蹤有毒有害化學污染物在環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化、殘留代謝，尤其是為結(jié)合殘留定量表征等相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)，明確了典型酞酸酯類物質(zhì)在東北和黃淮海地區(qū)的污染特性和分布規(guī)律，建立了所有類固醇激素的高效定量檢測方法，構(gòu)建了典型種植制度下農(nóng)田污染因子監(jiān)測與評估指標體系，為我國污染土壤的風險識別與預(yù)測、污染物的臨界負荷探究等提供有效的標準和依據(jù)。

2.1.4 基于生源要素氧化還原耦合的污染消減調(diào)控原理與方法創(chuàng)新

該成果基于微生物代謝過程干預(yù)的調(diào)控思路，在強化稻田有機氯農(nóng)藥污染消減方面初步闡明了可通過外源添加電子供體促進有機氯農(nóng)藥的還原脫氯降解，且可同時非選擇性促進溫室氣體甲烷的產(chǎn)生，證明乙酸鈉是調(diào)控有機氯污染消減與稻田土壤自然氧化還原過程間相互作用的最佳電子供體。初步闡明了稻田中存在的選擇性電子受體會顯著影響殘留有機氯農(nóng)藥的還原脫氯消減過程。通過外源調(diào)控手段干預(yù)土壤中選擇性電子受體的還原過程可有效促進有機氯農(nóng)藥的污染消減，闡明了生物質(zhì)炭作為一種電子穿梭體通過對電子分配和電子傳遞流向的影響，調(diào)控土壤中有機氯農(nóng)藥脫氯降解與土壤本底還原過程間的耦合關(guān)系。

2.1.5 包氣帶生物反硝化脫氮阻控機制

該成果明確了反硝化功能微生物的優(yōu)勢菌群，揭示了厚包氣帶土壤全剖面生物反硝化脫氮的修復(fù)阻控機制，以及添加碳源對土壤反硝化脫氮的影響機制，構(gòu)建了基于大孔隙優(yōu)先流和磷素遷移轉(zhuǎn)化過程的土壤水熱碳氮磷動態(tài)模擬軟件（WHCNSP）V1.0，確定了環(huán)境因素中對厚包氣帶氮磷淋失的關(guān)鍵限制因素，為“根層截氮包氣帶脫氮”的阻控機理找到了突破口，有效解決了該領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)和卡脖子的問題。初步劃分了我國氮磷生態(tài)脆弱區(qū)和潛在脆弱區(qū)。促進了土壤淋溶、地下水質(zhì)量安全與監(jiān)測、農(nóng)業(yè)面源污染綜合防治等相關(guān)領(lǐng)域科學、技術(shù)進步和科技創(chuàng)新整體水平提升，對推動土壤環(huán)境科學、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、全球碳氮循環(huán)等學科領(lǐng)域發(fā)展起到了積極作用，提升了整體創(chuàng)新水平和能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.1.6 我國氮磷生態(tài)脆弱區(qū)和潛在脆弱區(qū)劃分機制與應(yīng)用

該成果針對我國農(nóng)田系統(tǒng)區(qū)域尺度氮磷淋溶損失時空變化規(guī)律和防控機制研究的不足，項目研究團隊應(yīng)用NUFER 模型，并與建立的地下水硝酸鹽監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境公報發(fā)布的水質(zhì)數(shù)據(jù)、分縣農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料和土壤地質(zhì)信息等數(shù)據(jù)結(jié)合，定量了我國縣域尺度農(nóng)牧系統(tǒng)氮磷養(yǎng)分環(huán)境排放的歷史變化和熱點區(qū)域，初步劃分了我國氮磷生態(tài)脆弱區(qū)和潛在脆弱區(qū)。首次劃定了我國氮磷生態(tài)脆弱區(qū)，并擬建立針對氮磷脆弱區(qū)的養(yǎng)分優(yōu)化管理和面源污染防控方案，有望形成基于“國家脆弱區(qū)劃定-流域閾值卡口-縣域總量控制-農(nóng)戶精準實施”的氮磷面源污染多尺度管控機制。該研究初步劃定了我國農(nóng)業(yè)源氮磷生態(tài)脆弱區(qū)并構(gòu)建了評估體系，為進一步提出面源污染區(qū)域阻控和流域治理策略提供了科學依據(jù)，更為推進化肥減施、有機肥替代、畜禽糞尿資源化、面源污染阻控和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展等國家重大行動提供了抓手。

2.1.7 農(nóng)田氮磷流失預(yù)測模型構(gòu)建

該成果在WNMM（Water and Nutrients Management Model）模型模擬農(nóng)田氮磷縱向淋溶流失的基礎(chǔ)上，開發(fā)了農(nóng)田氮磷的徑流流失估算和融入生源要素生態(tài)化學計量學影響的土壤有機質(zhì)分解的新計算方法，即WNMM_CNPloss 模型。采用WNMM_CNPloss模型模擬了長沙縣金井鎮(zhèn)低崗梯田和沖底不同農(nóng)藝措施下雙季稻田農(nóng)田氮磷流失過程，研究結(jié)果表明WNMM_CNPloss 能較好地模擬稻田氮磷流失事件和強度。

2.1.8 生理生態(tài)過程的稻田氮磷流失機理模型與應(yīng)用

該成果以陸面模式ORCHIDEE-CROP 為平臺，利用基于水肥運移過程梯級觀測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，提出了基于三基點的光合作用溫度響應(yīng)方程和氮磷限制下光合產(chǎn)物分配模式，實現(xiàn)了中國稻田作物生長模塊的改良和優(yōu)化。提出基于多叉樹遞歸遍歷搜索算法的田-溝-塘匯流演算算法，解決了從稻田到溝渠和周邊水體的氮磷水污染風險分析。改進了基于物理的溶質(zhì)運移，體現(xiàn)“水-土”界面氮磷釋放作用的徑流方程。改進了淋溶方程、Jayaweera-Mikkelsen 氨揮發(fā)、反硝化的地帶性響應(yīng)模式的稻田氮循環(huán)模塊。構(gòu)建了基于粒子濾波的ORCHIDEE-CROP 參數(shù)最優(yōu)系統(tǒng)，提高了3 種種植制度稻田水量平衡、作物生長與光合產(chǎn)物分配、氮磷流失與淋溶的模擬精度，明確了3種種植制度的主要模型參數(shù)。

2.1.9 好氧堆肥腐殖化過程的微生物學驅(qū)動機制

該成果發(fā)現(xiàn)好氧堆肥過程中強化纖維素和木質(zhì)素的降解可以促進腐殖質(zhì)形成，并證實堆肥二次發(fā)酵過程中腐植酸合成因子是堆肥腐殖化進程的重要作用因子。發(fā)現(xiàn)在堆肥降溫期接種P. chrysosporium 提高木質(zhì)素過氧化物酶（Lip）、錳過氧化物酶（Mnp）活性，進一步強化堆肥二次發(fā)酵過程中纖維素和木質(zhì)素的降解，可以促進堆肥腐殖化過程，而漆酶（Lac）活性可能主導了堆肥二次發(fā)酵過程中腐植酸的合成過程。項目首次將堆肥腐殖化過程與微生物群落偶聯(lián)，發(fā)現(xiàn)平革菌屬（Phanerochaete）、鬼傘屬（Coprinopsis）和踝節(jié)菌屬（Talaromyces）可能是堆肥后期腐殖質(zhì)合成的重要驅(qū)動微生物。

2.1.10 土壤鎘、鉛、汞生物有效性回歸模型

該成果基于全國21 種不同類型土壤開展作物盆栽試驗，建立Pearson相關(guān)性分析-多元逐步回歸分析（共線性診斷）-模型標準化-計算模型因子貢獻率的處理流程，明確了控制土壤重金屬生物有效性的主控因子，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于辣椒和小麥可食部位重金屬累積的土壤鎘、鉛、汞生物有效性回歸模型，可用于解釋和預(yù)測植物果實部累積情況以及與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系。田間驗證結(jié)果顯示模型對擬合數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的樣本預(yù)測效果良好。

2.1.11 土壤重金屬農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)安全閾值預(yù)測模型

該成果構(gòu)建了土壤中外源鋅的老化半機理模型（Sqrt-模型和Erfc-模型）。建立外源全量鋅的生態(tài)閾值預(yù)測模型；利用余差互補函數(shù)，建立通過土壤性質(zhì)（土壤pH、老化時間、土壤有機質(zhì)）和溫度同時預(yù)測銅的短期和長期老化過程的新老化模型，并建立基于土壤浸提態(tài)銅的生態(tài)閾值預(yù)測模型。

2.1.12 農(nóng)用地重金屬安全閾值研究方法與應(yīng)用

該成果對農(nóng)田系統(tǒng)重金屬遷移轉(zhuǎn)化和安全閾值研究中系統(tǒng)性、定量化，以及與技術(shù)和管理有效融合不足等問題，以“含量/形態(tài)、過程、效應(yīng)、風險、模型、閾值”為主線，系統(tǒng)地開展了重金屬在典型農(nóng)田土壤固相-溶液-生物-評估終點（農(nóng)產(chǎn)品和生態(tài)安全）全過程的遷移轉(zhuǎn)化、量化模型和評估方法研究，確定基于農(nóng)產(chǎn)品安全和生態(tài)安全的土壤重金屬安全閾值。建立了土壤重金屬農(nóng)產(chǎn)品和生態(tài)風險的安全閾值模型和方法，提高其確定性和適用性，在保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、指導農(nóng)田重金屬污染預(yù)測防治等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 共性關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域

關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)呈體系化、深度化發(fā)展，形成了技術(shù)-產(chǎn)品（材料、設(shè)備）的創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。專項共研發(fā)出農(nóng)業(yè)面源與重金屬污染綜合防控與修復(fù)新工藝、新技術(shù)、新方法近180 套，新產(chǎn)品、新裝置超過130 個。形成的中國稻田氮磷流失綜合防控技術(shù)體系等覆蓋大范圍的技術(shù)體系和關(guān)鍵技術(shù)裝備，核心示范區(qū)負荷消減30% 以上。高效鎘砷同步鈍化技術(shù)體系及新型材料，已成為我國農(nóng)田重金屬污染治理的主推技術(shù)之一。農(nóng)業(yè)廢棄物和養(yǎng)殖糞污系列自動化處理裝備，達到了德國巴庫斯等國際先進設(shè)備水平，顯著推進了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的大規(guī)模工程應(yīng)用。研發(fā)的秸稈處理與施肥或地膜收獲等多種農(nóng)藝措施結(jié)合的多功能農(nóng)業(yè)機械和配套技術(shù)，有力配合了各地秸稈、地膜等廢棄物處理工作。農(nóng)田污染天地一體化動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)，突破了快速檢測、遙感識別和地面監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等關(guān)鍵難題，為建立我國農(nóng)田污染自動化檢測監(jiān)測體系打下了基礎(chǔ)。

2.2.1 長江上游坡地氮磷徑流遷移的生態(tài)溝渠攔截技術(shù)

該成果針對不同區(qū)域的生態(tài)溝渠消減技術(shù)集成不同的技術(shù)模式。其生態(tài)渠系主要技術(shù)模式為“農(nóng)渠為主，斗渠匯合”。技術(shù)模式主要是指農(nóng)渠作為生態(tài)渠系截污凈化的核心，輔以斗渠生態(tài)恢復(fù)，支渠或干渠作為生態(tài)渠系截污凈化的補充，構(gòu)建此區(qū)域農(nóng)田生態(tài)渠系的主要模式。

2.2.2 基于低積累作物的污染耕地安全利用技術(shù)

該成果首次發(fā)現(xiàn)了參與鎘轉(zhuǎn)運的超家族轉(zhuǎn)運蛋白OsCd1基因，創(chuàng)新性提出了基于表型篩選和分子標記相結(jié)合的低累積作物品種篩選技術(shù)體系，以及鎘、砷超富集植物優(yōu)良生態(tài)型評價指標體系，建立了低累積作物和超富集植物間套作模式，并開展多地多點田間應(yīng)用示范。初步建立低累積水稻品種評比方法體系，形成基于低積累作物的污染耕地安全利用技術(shù)模式，為我國中低污染耕地的安全利用提供了實用性解決方案。該成果促進了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測與監(jiān)測、作物育種與環(huán)境效應(yīng)等相關(guān)領(lǐng)域科學、技術(shù)進步和科技創(chuàng)新整體水平提升。

2.2.3 低累積作物-超富集作物間套作高產(chǎn)高效修復(fù)模式集成

該成果以篩選出適合南方和北方地區(qū)鎘、砷污染的水稻、玉米等低積累作物品種和適合于間套作的優(yōu)良生態(tài)型超富集植物為研究目的，通過對低累積作物和超富集植物間套作復(fù)合體系的時空配置優(yōu)化與調(diào)控技術(shù)優(yōu)化，構(gòu)建形成適用于我國南北方多類型鎘砷污染旱地、稻田的低累積作物-超富集作物間套作等高產(chǎn)高效的間套作修復(fù)技術(shù)模式。各項技術(shù)模式統(tǒng)籌作物穩(wěn)產(chǎn)-糧食安全-修復(fù)效率，效果明顯突出，實現(xiàn)了重金屬污染農(nóng)田的安全利用和高效修復(fù)。

2.2.4 堆肥智能測控系統(tǒng)

該成果研發(fā)的堆體溫度、含水量、氧氣傳感器通過課題內(nèi)外實地應(yīng)用，進一步熟化相關(guān)傳感器，在氧氣氣路結(jié)構(gòu)優(yōu)化、含水量動態(tài)校對方面形成突破，提高了傳感器的準確性與可靠性，具有成本低、可靠性高的特點，且與當前物聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)契合，具有較好的市場前景。確立堆肥專用多點溫度、溫度含水量一體、氧氣、臭氣方面感知方案，能夠靈活根據(jù)需求搭建一體化好氧發(fā)酵測控系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)自動采集存儲、鼓風曝氣的定時定量控制。

2.2.5 農(nóng)業(yè)有機廢棄物一體化好氧發(fā)酵原料配方及關(guān)鍵工藝技術(shù)優(yōu)化

該成果從農(nóng)業(yè)有機固體廢棄物資源化利用角度出發(fā)，設(shè)計了以牛糞、玉米秸稈、沸石、腐植酸為原料和填充料的高溫堆肥體系，研究了沸石、腐植酸及不同施用量的菌劑在堆肥進程中對溫度、水分、氧氣濃度等堆體物理性狀變化特征的影響，掌握了堆肥體系中堆體物理變化規(guī)律、氨排放規(guī)律、氮素保留規(guī)律，為牛糞堆肥研究的進程推進和廣泛推廣提供了理論基礎(chǔ)。

2.2.6 沼渣一體化制肥與污染物去除技術(shù)

該成果針對沼渣制肥周期長、高值化利用過程中重金屬去除困難、沼渣產(chǎn)品附加值低等問題，研發(fā)了沼渣一體化制肥與污染物去除新工藝。該工藝通過自主研制沼渣一體化設(shè)備，集成自動在線監(jiān)測技術(shù)智能軟件包和智能生物除臭技術(shù)裝備，能夠?qū)崿F(xiàn)沼渣快速制肥，高溫期持續(xù)7 d，連續(xù)發(fā)酵15 d后即可達到無害化和腐熟要求。本技術(shù)在有機肥制造等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2.7 有效降低稻米鎘含量的“VFR”模式

該成果針對稻米鎘污染問題，提出了一種“低積累品種+施用堿性肥料+噴施葉面調(diào)理劑”的技術(shù)模式，簡稱“VFR”模式。該技術(shù)能通過提高根系和莖葉的兩段阻控能力，有效降低稻米中的鎘含量。研發(fā)的葉面調(diào)理劑適合無人機噴施，成本低、效率高、可重復(fù)、易推廣。

2.2.8 黃淮海小麥玉米主產(chǎn)區(qū)氮磷淋失阻控技術(shù)與產(chǎn)品研制

該成果針對黃淮海小麥/玉米農(nóng)區(qū)長期采用秸稈淺旋耕還田、淺層少免耕，以及過量施肥等管理方式造成的耕層土壤變淺、固碳保肥能力差等問題，形成“碳歸還調(diào)蓄擴容、均衡分層施肥、優(yōu)先流氮磷淋失阻斷”關(guān)鍵技術(shù)，并研制開發(fā)了配套的農(nóng)機裝備、創(chuàng)新材料、優(yōu)化工藝，形成了增效復(fù)混肥、生物炭基肥、秸稈高效腐解菌劑、高碳有機肥、穩(wěn)定性肥料以及反硝化菌劑等系列產(chǎn)品，構(gòu)建了以分層施肥氮磷高效利用技術(shù)模式、秸稈深還增碳固氮技術(shù)模式為核心的冬小麥氮磷增效阻控技術(shù)模式，形成的技術(shù)模式具有明顯的先進性和很好的經(jīng)濟實用性，為黃淮海地區(qū)小麥玉米農(nóng)田面源污染防控提供了有力的技術(shù)支撐。

2.2.9 系列厭氧發(fā)酵核心裝備

該成果針對4 種厭氧發(fā)酵工藝缺乏國產(chǎn)核心裝備的問題，自主研發(fā)反應(yīng)器、進出料、攪拌等技術(shù)裝備，設(shè)計開發(fā)了干法連續(xù)厭氧發(fā)酵裝備，可實現(xiàn)進出料過程中的動態(tài)密封，與螺旋輸送機結(jié)合，較柱塞泵節(jié)能30%。針對高負荷濕法厭氧發(fā)酵，設(shè)計開發(fā)了兩種組合式機械攪拌設(shè)備，已應(yīng)用于5 000 m3厭氧反應(yīng)器內(nèi)，且可在不清罐條件下進行在線維護及維修。

2.2.10 高負荷穩(wěn)定厭氧發(fā)酵配套保障技術(shù)

該成果以畜禽糞便、秸稈、尾菜等農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，以干法連續(xù)、干法批式、濕法單相、濕法兩相4種厭氧技術(shù)為重點，針對運行效率與穩(wěn)定性相矛盾的核心問題，研發(fā)了“原料數(shù)據(jù)庫+預(yù)處理+多元混配+過程調(diào)控+生物強化”組合技術(shù)，獲得了解除酸抑制的生物強化菌劑，對丙酸耐受能力＞11 g·L-1。

2.2.11 設(shè)施農(nóng)業(yè)氮磷淋溶阻控技術(shù)

該成果結(jié)合前期項目產(chǎn)品，從投入品與土壤環(huán)境調(diào)控角度出發(fā)，集成投入品氮磷形態(tài)調(diào)控、高碳低氮磷物料替代（土壤C/N＞9）、微生物調(diào)控、根系布局微生態(tài)調(diào)控、物理阻隔、填閑消減、肥料產(chǎn)品結(jié)合最小淋失智能控制等關(guān)鍵技術(shù)，形成北方典型設(shè)施農(nóng)業(yè)氮磷淋溶阻控技術(shù)。從田塊和區(qū)域尺度入手，采用種植制度優(yōu)化與生態(tài)攔截相結(jié)合的方法，集成固氮作物輪作制度調(diào)整技術(shù)、深淺根系作物間套作技術(shù)、分段式生態(tài)溝渠凈化等關(guān)鍵技術(shù)，形成南方典型設(shè)施農(nóng)業(yè)氮磷徑流排放阻控技術(shù)。項目技術(shù)兼顧地表水安全和蔬菜優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，為區(qū)域設(shè)施蔬菜結(jié)構(gòu)布局和氮磷循環(huán)利用提供了技術(shù)支撐。

2.2.12 農(nóng)田典型農(nóng)藥微生物降解技術(shù)與產(chǎn)品

該成果針對農(nóng)田典型農(nóng)藥污染，首次篩選獲得了多種除草劑（乙草胺、丁草胺、異丙隆、苯磺隆、甲磺隆、莠去津）、啶氧菌酯殺菌劑和菊酯類殺蟲劑的高效降解菌及菌系，構(gòu)建了高效降解菌劑的高密度中試發(fā)酵工藝；開發(fā)出適合污染農(nóng)田使用的菌體固定化技術(shù)和菌劑產(chǎn)品，建立了除草劑污染農(nóng)田土壤微生物修復(fù)技術(shù)。首次發(fā)現(xiàn)除草劑降解新菌種，且創(chuàng)制出菌劑應(yīng)用于生產(chǎn)，在除草劑污染農(nóng)田土壤微生物修復(fù)方面取得新突破，填補了國內(nèi)外空白。除草劑去除率達到90% 以上，農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留達到國家標準，社會和經(jīng)濟效益顯著。

2.2.13 糞污收儲運智能化控制系統(tǒng)創(chuàng)制

該成果研發(fā)了生豬養(yǎng)殖場糞污糞尿?qū)崟r分離與智能型負壓收運技術(shù)、設(shè)備，以及奶牛養(yǎng)殖場糞污智能型貯存/好氧發(fā)酵新技術(shù)、新設(shè)備，開發(fā)了集成紅外感應(yīng)、生命活動感應(yīng)、自清潔等功能的移動地板式糞尿分離實時收運技術(shù)。該研究增強了糞污收儲運環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性，促進了養(yǎng)殖污染過程減量。

2.2.14 基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)殖場多組分氣體原位實時監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備

該成果研發(fā)了糞水氮磷現(xiàn)場快速檢測技術(shù)和裝備，建立了糞水重金屬現(xiàn)場消解關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)制了基于酶底物法的糞水樣品指示微生物現(xiàn)場檢測裝備。研制了畜禽養(yǎng)殖場多組分氣體原位監(jiān)測設(shè)備與配套校準裝置和基于酶底物法的糞水樣品微生物現(xiàn)場檢測可視化判讀儀和智能折疊式培養(yǎng)箱等。

2.2.15 氨吹脫閉式循環(huán)耦合鈣沉淀技術(shù)

該成果開發(fā)了養(yǎng)殖污水定向轉(zhuǎn)化有機酸關(guān)鍵技術(shù)，有機酸產(chǎn)物中丁酸可達90%，成功合成了PHBV（聚羥基丁酸戊酸共聚酯），在負荷為100 kg VS·m-3下，中溫酸化有機酸濃度達4.7%，高溫酸化有機酸濃度達5.1%。該研究提高了養(yǎng)殖糞污碳氮磷轉(zhuǎn)化效率，拓展了高值轉(zhuǎn)化途徑。

2.2.16 “螯合捕獲-磁選移除”修復(fù)技術(shù)

該成果研發(fā)了“螯合捕獲-磁選移除”技術(shù)，并在湖北大冶水稻田進行示范。研究發(fā)現(xiàn)，MSC材料固載重金屬鎘后，磁選機首次回收率為57%（50%～60%），總鎘去除率為14.99%（變幅12.5%～17.5%），并顯著降低了水稻根系中鎘的累積量。該技術(shù)主要降低水稻根系和秸稈對土壤中鎘的吸收，并且未對當季水稻結(jié)實率、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量等造成不良影響。

2.2.17 設(shè)施氮磷智能淋溶阻控與精細化滴灌系統(tǒng)

該成果以阻控氮、磷淋溶損失以及水肥精準管理為目標，集成智能灌溉云平臺、精細化滴灌、在線監(jiān)測與信息反饋、智能決策等技術(shù)，實現(xiàn)了土壤墑情在線診斷與氮磷淋溶污染阻斷。與傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)成本降低10%，使用壽命延長20% 以上；在保障根區(qū)養(yǎng)分濃度的情況下，40～100 cm 非根區(qū)土壤氮磷含量平均降低65% 和40%，氮磷淋失率小于0.5% 和1.6%。該套技術(shù)在節(jié)水節(jié)肥、阻控氮磷流失、提質(zhì)增效等方面效果尤為顯著，有效支撐了設(shè)施農(nóng)業(yè)綠色健康發(fā)展，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用前景。

2.3 集成示范推廣領(lǐng)域

規(guī)?；瘧?yīng)用示范取得跨越式進步，有力促進了我國社會、生態(tài)健康發(fā)展。專項已基本建成“京津冀城鄉(xiāng)一體化”“長江中下游”等5 大示范區(qū)，在國內(nèi)首次實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物處理技術(shù)裝備大規(guī)模工程化應(yīng)用，并開創(chuàng)了我國重金屬污染農(nóng)田治理由田塊尺度向區(qū)域尺度過渡的先河。截至目前，已經(jīng)在全國27 個?。ㄊ?、區(qū)）建立了107 個（次）示范點，近180 項技術(shù)、50個產(chǎn)品落地示范9 個國家級和9 個省級示范區(qū)，涉及農(nóng)業(yè)面源污染防治、農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵技術(shù)、重金屬阻控及重金屬中輕度污染農(nóng)田修復(fù)與安全利用等4 大領(lǐng)域，累計示范與輻射面積超過10 萬hm2，培訓技術(shù)人員和農(nóng)民超過8 萬人次，核心示范區(qū)內(nèi)基本實現(xiàn)污染物消減目標。

長江中下游區(qū)：開展了長江下游平原區(qū)農(nóng)田氮磷流失防控技術(shù)集成示范，構(gòu)建了適應(yīng)于長江下游平原農(nóng)田徑流損失防控的“秸稈機械還田+化肥減量+優(yōu)化施肥+生態(tài)溝渠攔截”模式。結(jié)果表明：在水稻產(chǎn)量略有增加的前提下，采用模式推薦施肥，稻田徑流流失總氮、總磷比常規(guī)施肥分別減少15.9%～41.6%和48.1%～55.6%。開發(fā)了長江中游丘陵區(qū)農(nóng)田原位消減+溝渠過程攔截+濕地末端凈化的氮磷徑流流失綜合防控技術(shù)體系，綜合農(nóng)田原位消減、溝渠過程攔截和濕地末端處理3 種技術(shù)，整體對徑流氮、磷的消減率分別達71.3%和76.9%。

城鄉(xiāng)一體化區(qū)：在京津冀城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)，實現(xiàn)磷污染負荷減少25% 以上，土壤磷素淋失降低53%，土壤農(nóng)藥殘留降低30% 以上，重金屬分離效果30%～50% 以上，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量符合國家食品衛(wèi)生標準。在長三角城鄉(xiāng)一體化區(qū)，開展了露天蔬菜和設(shè)施蔬菜的氮磷面源污染物截留減排綜合防治技術(shù)模式以及菜田農(nóng)藥殘留污染防控技術(shù)集成與示范，示范區(qū)氮磷和農(nóng)藥污染負荷消減30% 以上，農(nóng)藥殘留率下降30% 以上，重金屬有效性降低50% 以上，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量達到國家食品衛(wèi)生標準，農(nóng)業(yè)廢棄物無害化消納利用率提高到95%。

中南西南區(qū)：構(gòu)建了“冬油菜-夏象草巨菌草甜高粱麻類”的富集移除種植技術(shù)模式，該模式能使地上部位鎘移除量達到150～600 g·hm-2。研發(fā)降鎘葉面肥技術(shù)，在水稻開花期噴施1 次葉面肥可有效降低水稻籽粒中鎘30%～50%，該農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)成本較低，可大面積推廣應(yīng)用。構(gòu)建了針對雨熱同期水稻區(qū)的“源頭阻控（S）-過程攔截（P）-末端消納（R）”（S-P-R）面源污染全過程控制技術(shù)模式、“土-水-生”面源污染監(jiān)測系統(tǒng)等，實現(xiàn)稻米鎘含量降低60% 以上，均達到糧食中污染物限量標準；成都平原集約化農(nóng)區(qū)面源污染控制技術(shù)可降低氮肥投入17%、磷肥投入33%，氮、磷流失分別減少53% 和30%；重慶丘陵區(qū)示范流域氮磷污染負荷消減40%以上。

東北西北區(qū)：集成了地膜污染防控、玉米秸稈飼用化利用、氮磷淋溶污染綜合防控等技術(shù)，優(yōu)化構(gòu)建了黃土高原面源污染防治模式，示范區(qū)污染負荷降低了25%。建立了東北糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染綜合防治集成技術(shù)示范區(qū)和微生物強化原位消減控制技術(shù)，使旱田土壤阿特拉津去除效果提升20%以上。

黃淮海農(nóng)區(qū)：核心試驗區(qū)內(nèi)作物秸稈還田率達95%，篩選出目前適應(yīng)于沿淮區(qū)域農(nóng)田土壤弱堿性特性的重金屬改良劑配方A2 和A4 組，添加0.9%～1.0%的修復(fù)劑配方，可分別降低土壤中重金屬鎘有效態(tài)含量58% 和40%。研發(fā)的節(jié)水控淋技術(shù)可減少土壤硝態(tài)氮淋失45.8% 以上，降低速效磷淋失22.2% 以上，淋溶水中磷污染負荷平均下降60.5%。廢棄物回收利用率達95%以上。

2.3.1 基于“減-阻-控”的石灰?guī)r黃壤鎘砷汞污染農(nóng)田綜合防治技術(shù)示范模式

該成果針對西南石灰?guī)r區(qū)鎘砷汞高地質(zhì)背景農(nóng)田土壤，在精準識別土壤重金屬污染特征基礎(chǔ)上，從土壤-作物系統(tǒng)重金屬遷移累積全過程出發(fā)，根據(jù)不同污染特征和制約作物重金屬累積的關(guān)鍵過程，適配相應(yīng)技術(shù)組合，是該區(qū)域首次建立的診斷式優(yōu)化技術(shù)，核心區(qū)和輻射區(qū)水稻稻米鎘、砷和汞降低30% 以上，在中輕度污染區(qū)稻米重金屬含量達標率在95%以上。

2.3.2 丘陵小流域氮磷污染減排和截留降解綜合集成技術(shù)與示范

該成果針對丘陵小流域多源復(fù)合面源污染特點，應(yīng)用AMD（干濕灌溉）+SSNM（適地養(yǎng)分管理），緩釋肥、有機肥替代化肥技術(shù)，坡地水土流失控制、旱地植被緩沖帶構(gòu)建，匯流河道水生態(tài)修復(fù)等技術(shù)，建立“控源+截留+消納”于一體的丘陵小流域面源污染綜合防控技術(shù)。水旱輪作示范區(qū)水肥管理技術(shù)比農(nóng)民施肥處理減少了49% 的總氮流失量、68% 的總磷流失量；茶園示范區(qū)肥土防控技術(shù)比農(nóng)民施肥處理消減27%的總氮流失量、38%的總磷流失量。

2.3.3 農(nóng)機農(nóng)藝一體化地膜高效回收技術(shù)應(yīng)用與示范

該成果針對綠洲灌區(qū)膜下滴灌棉花邊膜覆土后難撿拾的問題，改進起邊膜裝置和挑膜部件的仿形設(shè)計，完善耕前地表殘膜回收機。除塵地膜和專用地膜的回收率最高，分別為80.5%和78.5%。

2.3.4 北方弱堿性農(nóng)田土壤重金屬污染治理技術(shù)與示范

該成果成功篩選出近10 個地方主推的小麥和玉米重金屬低吸收品種，以及能有效降低土壤重金屬有效性的改性海泡石材料和大幅減少小麥重金屬吸收的復(fù)合葉面阻控劑，與對照相比降低籽粒鎘達47%～64%，適合大面積推廣；同時集成了“春小麥+葉面調(diào)理劑+萬壽菊”種植模式，達到“邊生產(chǎn)、邊修復(fù)”的目的。該技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)跑地位。

2.3.5 稻田面源與重金屬綜合防控技術(shù)及模式

該成果基于面源與重金屬復(fù)合污染防控的單項技術(shù)或組合技術(shù)。秸稈全量還田能夠分別降低總氮、總磷流失負荷的2.4%和33.0%，土壤有效態(tài)銅和鉛含量也顯著降低了51% 和53%；沼液還田可達到降低30% 以上氮磷流失及12.5% 土壤有效態(tài)鎘的效果；構(gòu)建了城市周邊農(nóng)田面源與重金屬復(fù)合污染綜合防控與修復(fù)技術(shù)模式，水稻季氮流失負荷和土壤有效態(tài)銅顯著降低13% 和57%，稻田冬季土壤有效態(tài)鎘降低79.59%。

2.3.6 鄉(xiāng)村旅游助推增效的成都平原“S-P-R”面源污染全程防控技術(shù)模式

該成果針對成都平原糧油輪作集約化農(nóng)區(qū)面源污染發(fā)生的關(guān)鍵時空節(jié)點，通過氮磷養(yǎng)分高效品種篩選、包膜控釋肥和尿素配施技術(shù)的源頭阻控技術(shù)（Source control），利用磷高吸附新型材料和氮磷高吸收植物生態(tài)溝的過程攔截技術(shù)（Process blocking），生物炭-氮磷高富集觀賞植物沉塘的末端消納技術(shù)（Terminal retention）的優(yōu)化組配，構(gòu)建了針對雨熱同期稻油輪作區(qū)的“源頭阻控（S）-過程攔截（P）-末端消納（R）”（S-P-R）面源污染全過程控制技術(shù)模式。結(jié)合城郊、都市、鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)休閑旅游的需求，將鄉(xiāng)村旅游與模式推廣有機融合，提升模式顯示度和面源污染防控綜合效益。所構(gòu)建的模式是對已有面源污染防控技術(shù)的拓展和深化，突破了成都平原區(qū)面源污染防治技術(shù)單一、針對性不強、效益不高、難以推廣等關(guān)鍵瓶頸。將農(nóng)業(yè)觀光旅游有機融入面源污染防控，建立了集“面源污染防控-農(nóng)業(yè)觀光休閑旅游”為一體的示范工程，水稻季可降低氮肥投入17%、磷肥投入33%，優(yōu)化施肥在增加水稻產(chǎn)量（151 kg·hm-2）的基礎(chǔ)上，氮、磷流失分別減少53%和30%，控制效果十分顯著，溝渠改造投入的成本可控。

3 結(jié)語

五年來，面源專項研發(fā)出一批農(nóng)田氮磷流失綜合防控技術(shù)，有效改善了區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量；創(chuàng)新了一批鎘、砷等重金屬污染耕地的安全利用技術(shù)，有效保障了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全；研發(fā)了一批農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)裝備，有效支撐了區(qū)域種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)發(fā)展；建立了一批農(nóng)業(yè)產(chǎn)地環(huán)境污染治理新模式，培育帶動了農(nóng)業(yè)環(huán)保新產(chǎn)業(yè)發(fā)展。更重要的是，形成了一支由300 多個國家級科研院所、地方技術(shù)研究單位以及企業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位所組成的，可以整體組織調(diào)動、進行全國協(xié)作的研究隊伍和科研平臺，并且摸索出了一整套行之有效的創(chuàng)新工作方法，為提升我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)地環(huán)境污染防治能力、保障農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展作出了顯著的貢獻。

同時也應(yīng)該看到，在經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展、各類污染物排放不斷增長的大環(huán)境下，我國農(nóng)業(yè)面源和重金屬污染治理還將持續(xù)面臨較高壓力。在一些技術(shù)領(lǐng)域中仍然存在明顯的障礙，如重金屬污染農(nóng)田治理在世界范圍內(nèi)都是難題，需要從理論、材料等多方面取得突破。下一步，為了保障糧食安全和環(huán)境安全等重大戰(zhàn)略需求，國家對本領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，如：化學投入品減量增效、重金屬污染區(qū)域治理以及有機廢棄物資源化利用等方面將繼續(xù)保持較高強度的投入。面源專項各參加單位，也將在新的形勢下繼續(xù)加大中青年人才培養(yǎng)力度，完善監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，持續(xù)跟蹤治理效果，強化科研平臺建設(shè)，為持續(xù)提升我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)地環(huán)境污染科技治理能力，不斷作出新的貢獻。