农田面源污染防治全过程控制技术与落地方案

发布时间:2018-12-03    来源:科技日报    浏览量:0

农业面源污染防治已经成为我国水环境安全的关键措施。面对农业面源污染面广、量大、分散、随机性强和防治难度大等特点,如何形成一整套防治组合技术,并形成因地制宜的落地方案,是摆在我们面前的重大现实需求与艰巨任务。松花江流域是我国重要的商品粮基地,为我国粮食安全作出了巨大贡献。近年来,域内氮磷污染负荷不清,水质目标管理方案缺失;稻田面积不断扩大,退水无序混乱的问题始终没有解决,愈来愈成为农田氮磷流失和河流水质改善中的突出问题;农民传统顺坡种植与水肥管理模式下,该流域黑土坡岗地水土与氮磷流失问题长期存在;域内沟渠与河岸带对退水污染的修复与安全排放机能薄弱。显然,切实控制以农田为核心的农业面源污染,对该流域及同类地区的水质改善和粮食持续增产等具有现实紧迫性与长远指导意义。

农田面源污染防治全过程控制技术与落地方案

在水专项“松干流域粮食主产区农田面源污染全过程控制技术集成及综合示范”课题(2014ZX07201-009)的支撑下,由黑龙江省环保厅行政负责,由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所技术牵头,由中国环境科学院、黑龙江省农业科学院土壤肥料研究所、黑龙江省科学院自然与生态研究所、东北大学、黑龙江方正县农业技术推广中心、宁夏农林科学院等单位参加,经过4年多协同攻关,研发并集成了农田氮磷流失污染全过程控制技术体系与模式,并开展了工程化示范,构建起了清洁小流域落地方案。

农田面源污染防治全过程控制技术与落地方案

课题采取“农田源头减负、沟渠系统高效控制、缓冲带生态修复、安全入河排放”全过程控制相结合的技术思路,研发并集成了稻田肥水一体化精准控制、冻融坡岗地水土与氮磷流失综合控制、稻田生态沟渠网络的氮磷联控与多级次排灌改造、河岸缓冲带拟自然湿地修复与退水安全入河控制等4大技术模式,并在120平方公里示范区开展了工程化示范与辐射推广,使示范区排水进入蚂蚁河的氨氮和总磷稳定地控制在1.0 mg/L和0.22mg/L以下的水平,明显好于考核指标的要求,对松干流域乃至我国类似地区农田面源污染控制和流域水质改善,以及农业的绿色转型与高质量发展提供了有力支撑。


目标管理引领,全过程技术跟进


课题开展了示范区污染源监测与解析,明确了氮磷污染负荷时空变化特征,制定了示范区与全流域双尺度的水质目标管理方案,构建了农田面源水质目标管理决策支持系统,并据此开展了防控关键技术研发、模式集成与工程示范,形成了以流域水质目标管理为导向的寒冷冻融区农田氮磷面源污染全过程控制技术思路与流域控制模式(见图1)。


稻田技术升级,源头遏制成效大


针对松花江流域稻田氮肥过量施用、利用率不高、水肥耦合能力差等问题,课题组从肥、水、种植方式三个关键点入手,进行综合施策,精准联控,实现了氮磷减排。以水田精准施肥、肥水联控减负、水稻施肥插秧一体化等3项关键技术为支撑,形成了稻田肥水精准控制技术模式,改过量施肥为精准施肥,变多次施肥为一次施肥,解决了传统种植技术排水多、氮磷流失量大、追肥环节多、水肥耦合能力差等问题,推动了稻田传统技术的变革。示范区稻田在增产增收的同时,氮磷肥减量15%以上,氨氮和总磷流失量减少76%和36%。该技术模式体现了松花江流域乃至东北稻区稻田水肥技术的突破与创新。


控-调-用组合拳,坡地径流变害为利


针对目前坡岗地种植模式单一、过量施肥、施肥结构不合理、坡耕地径流向下游输送及顺坡种植水土流失严重等问题,课题组建立了“植物篱埂阻控-种植与施肥结构调控-径流再利用”一体化的坡耕地氮磷流失小流域控制模式,通过土壤耕作改制、种植结构调整、施肥结构优化以及径流导流再利用手段,把坡耕地水土与氮磷流失的“控、调、用”有机地结合起来,实现了坡耕地面源污染的有效控制。植物篱埂垄作区田技术通过坡耕地微地形与微生境改造,显着提升了水土流失的控制效果;通过源头减量和施肥结构优化使坡地玉米肥料减量15%以上,实现了氮磷的高效利用及流失控制;坡耕地径流导流及再利用技术,使径流汇流及再利用率达到90%,旱改水的稻田种植效益提高了2—3倍。


灌排有序,有效阻控氮磷输送


针对松花江流域稻田现有沟渠结构氮磷阻控能力不强、排水体系薄弱等问题,课题组集成出基于稻田生态沟渠网络的氮磷联控与多级次排灌技术模式,创造性地提出了双梯形断面结构,实现了沟渠流水的分层控制,并通过乡土净水植物芦苇和香蒲等形成立体植物墙阻控系统,获得了理想的氮磷阻控效果;在农田尺度上,以最小工程量构建起了形式灵活、结构简单的排渠-田块镶嵌式回灌井,实现了退水就地回灌,将水利用效率从0.50提高到0.65;在小流域尺度,提出了“一点、两线、三层次”的稻田新型排灌模式,分别从点、线、面三个控制单元考量稻田灌溉与排水控制,通过不同单元组合与设计,有针对性地提升了不同稻田灌区退水利用效率。


荒滩变湿地,筑构生态防线


针对流域农田退水末端河岸缓冲带湿地植被退化、氮磷截留功能羸弱和河岸带退水无序等问题,课题组通过“沟渠-缓冲塘-湿地-水域”生态格局设计,在湿地分布调查基础上,模拟自然湿地群落与自组织演替过程,形成了以湿地类型精准区划为基础的拟自然群落修复技术体系,使湿地混合群落生物量提高30%以上,生物多样性指数增加了0.12,退水经过湿地后氨氮和总磷负荷削减36%和44%以上。通过核算湿地单位面积的氮、磷削减能力阈值(mg/m2),确定湿地氮磷安全负荷区间,确定了退水入湿闸门控制方法,解决了湿地缺水问题,获得了湿地修复与氮磷截留双增益,实现了湿地排水水质氨氮、总磷分别控制在1.5mg/L、0.3mg/L以下的流域水质管理目标。


全民齐动员,流域清洁化


课题组以流域水质目标管理方案为导向,以稻田及坡岗地源头氮磷流失控制为核心,以新型灌排沟渠体系建设为纽带,以河岸带汇流安全入河控制为保障,在地方政府的大力支持下,在30余平方公里的核心示范区开展了4大技术模式的工程化示范,并在120平方公里示范区开展了农业企业、农业合作社与农民的技术培训与重点推广,取得了良好的示范推广效果。经第三方评估,核心示范区稻田氮磷肥投入量降低15%以上,灌区退水回灌率达到30%,氨氮和总磷流失量平均减少76%和36%以上,单产平均增加5%以上;坡岗地小流域的径流汇流及再利用率达到90%,旱改水的稻田种植效益成倍提高,化肥减量15%以上;湿地示范工程控制农田面积约25平方公里,氨氮和总磷负荷削减36%和44%以上,退水入河氨氮和总磷浓度降低到0.5mg/L左右和0.22mg/L以下,实现了退水安全入河。



责任编辑:苗小平

新闻搜索

本网站是服务于中国中小企业的政府公益性网站,因部分信息来源于网络,如有侵权请来邮、来电告知,本站将立即改正。

主办单位: 河南省工业和信息化厅

承办单位: 河南中小在线信息服务有限公司 豫ICP备10201803号-5

联系方式:0371-65749597 电子邮箱:65749597@163.com

豫公网安备 41010702002434号