梅旭荣-我国农田面源污染控制技术策略

我国农田面源污染控制技术策略梅旭荣研究员meixr@农业部农业环境与气候变化重点实验室内容提要我国农业面源污染现状与趋势面源污染控制思路与任务农田面源污染控制技术策略问题讨论2024/11/242农田面源污染控制技术一、农业面源污染现状与趋势2024/11/243农田面源污染控制技术19%谷物9%耕地

30%肉类6%可再生水资源38%水果蔬菜32%化学肥料

20%人口4中国农业发展现状农田面源污染控制技术中国农业取得举世瞩目的成就也付出了沉重的资源环境代价2024/11/24农业面源污染现状2024/11/24农田面源污染控制技术5来源污染物总排放量种植业畜禽养殖业水产养殖业流失量占总排放比重占农业源比重排放量占总排放比重占农业源比重排放量占总排放比重占农业源比重化学需氧量（万吨）3028.96------1268.2641.9%95.8%55.831.8%4.2%总氮（万吨）472.89159.7833.8%59.1%102.4821.7%37.9%8.211.7%3.0%总磷（万吨）42.3210.8725.7%38.2%16.0437.9%56.3%1.563.7%5.5%铜（吨）////2397.2/97.8%54.85/2.2%锌（吨）////4756.9/97.8%105.63/2.2%我国农业源主要污染物排放情况(2007)数据来源：第一次全国污染源普查公报

2007年，我国农业源排放化学需氧量1324.09万吨、总氮270.46万吨、总磷28.47万吨，分别占全国污染物总排放量的43.7%、57.2%、67.4%农业面源污染现状2024/11/24农田面源污染控制技术6污染物来源化学需氧量(COD)总氮(TN)总磷(TP)数量比例数量比例数量比例工业145.2812.2%----农业种植--71.0438.4%3.6921.7%畜禽705.9859.2%45.7524.7%9.1653.8%水产12.671.1%2.151.2%0.412.4%城市生活源328.0727.5%65.9235.7%3.7722.1%合计1192.00100.0%184.86100.0%17.03100.0%重点流域主要污染物来源、数量（万吨）及比例(2007)重点流域包括：海河、辽河、淮河、太湖、巢湖、滇池。数据来源：第一次全国污染源普查公报>70%>60%>60%农业面源污染现状2024/11/24农田面源污染控制技术713个农业主产省的COD、TN、TP排放量分别占全国农业源的75.3%、68.8%和69.5%。数据来源：第一次全国污染源普查公报农业面源污染现状2024/11/248农田面源污染控制技术农业面源污染现状13个农业主产省的COD、TN、TP排放量分别占全国农业源的75.3%、68.8%和69.5%。数据来源：第一次全国污染源普查公报2024/11/249农田面源污染控制技术黑龙江，平均残膜量60kg/ha，年残留率达20%，0~10cm土表层残膜占总量的85.8%，10~20cm下耕作层残膜量占14.2%。青海省，0~10cm表土层，残膜量占总残留量的68~77%，10~20cm残留量占21~30%，20cm以下的残留量为2%左右。2007年全国使用总量达106万t。农膜残留量高达30万t/年，年残膜率达30%；造成小麦、水稻减产10%左右，棉花、玉米、花生、油菜减产10~20%，大豆5~10%；蔬菜减产幅度达15~30%，高者可达60%左右。

新疆16个县市，平均残膜量37.8kg/ha，最严重的达268.5kg/ha农业面源污染现状2024/11/2410农田面源污染控制技术秸秆严重污染环境我国7亿吨秸秆焚烧占15%，每年仅秸秆直接焚烧折算二恶英类污染物生成量约达98.4g-TEQ/年，是美国的109倍。秸秆随意丢弃造成N、P和有机微污染农业面源污染现状2024/11/2411农田面源污染控制技术1949~19781979~19981999~2008粮食总产年均增长率(%)3.472.630.31粮食单产年均增长率(%)3.152.930.96耕地年均增长率(%)0.97-0.19-0.63粮食播种面积年均增长率(%)0.32-0.29-0.64化肥用量(纯量)年均增长率(%)37.307.952.40灌溉面积年均增长率(%)3.951.370.33主要增长驱动因素农田和水利建设土地经营与化肥政策与科技面源污染特征我国不同时期粮食生产各要素变动情况（1949~2008）2024/11/2412农田面源污染控制技术面源污染特征13农田面源污染控制技术2024/11/24贡献突出，问题不少！面源污染特征14农田面源污染控制技术化肥增产已现“拐点”！2024/11/24面源污染特征化肥流失成为氮磷污染重要来源化肥用量大，养分不平衡利用率低：氮肥当季利用率30~35％（2002）损失高：水田50％，旱地30~40％，全国45％土壤结构退化，土壤微生物组分劣化，保水保土能力和肥力下降2024/11/2415农田面源污染控制技术国家产品中国美国德国法国巴西全球总产中国占比%产量人均产量人均产量人均产量人均产量人均猪肉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%鸡蛋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%单位：万吨、kg/人数据来源：FAO，2007；中国统计年鉴，2009世界主要养殖国产量对比表面源污染特征2024/11/2416农田面源污染控制技术1980-2009年主要年份我国主要畜禽水产品总产量1980-2007年主要年份我国主要畜禽水产品人均占有量面源污染特征2024/11/2417农田面源污染控制技术面源污染特征2024/11/2418农田面源污染控制技术面源污染特征2024/11/2419农田面源污染控制技术面源污染特征2024/11/2420农田面源污染控制技术世界主要养殖国产量对比表传统产业结构与生产模式导致排污量大节能减排的种植结构体系尚未形成畜禽养殖布局和养殖结构不合理种植业化肥农药过量和不合理使用畜禽养殖废弃物缺乏安全处理与循环利用规模以下养殖量超过50%，污染物排放量超过2/3，无害化处理率低养殖废弃物直接还田带来二次污染面源污染特征2024/11/2421农田面源污染控制技术面源污染演化态势粮食需求刚性增长根据《国家粮食中长期发展规划纲要》2020年粮食需求达到ooffz亿斤2030年粮食需求达到otszz亿斤按照95%自给率计算2020年粮食产能达到10900亿斤2030年粮食产能达到12000亿2024/11/2422农田面源污染控制技术年度20002008201520202030人口(亿)12.6713.2814.014.515.0城镇化率36.2%45.7%50.0%55.0%60.0%人均需求量肉类（公斤）47.554.856.459.365.5蛋类（公斤）17.220.420.821.924.1奶类（公斤）7.328.539.750.382.0水产类（公斤）29.236.942.045.052.0总需求量肉类（万吨）60147278789686589825蛋类（万吨）21822702291231973615奶类（万吨）91937815558734412300水产类（万吨）37064895588065707800注：2000-2008年数据来自国家统计局，2015-2030年为预测数据。肉类和蛋类人均需求量年增长率为1%，奶类年增长率5%，水产品年增长率2%。引自：中国养殖业可持续发展战略研究项目（初稿）养殖产品需求旺盛面源污染演化态势2024/11/2423农田面源污染控制技术面源污染演化态势面源污染形势极不乐观农业主要污染物产生量仍将增长35%~50%粮食增产需求大，种子、肥料和灌溉仍是增产的主要驱动因素，农田潜在污染压力突出畜禽养殖数量与规模不断升级，产污量高，处理难度大，污染风险高有效控制排污量和入河入湖负荷，面临政策成本和技术成本的巨大压力2024/11/2424农田面源污染控制技术二、面源污染控制思路与任务2024/11/2425农田面源污染控制技术面源污染控制难点结构升级与保障供给的矛盾（资源短缺）农业高增长与低污染的矛盾（发展方式）量大面广与集中控制的矛盾（规模经营）污染惩罚与治理激励的矛盾（政策机制）……2024/11/2426农田面源污染控制技术农业特征污染物排放特征与负荷基于水生态分区和维持目标生产能力的污染物排放控制基准污染物源头控制的替代技术农业污染物的循环利用激励机制与补偿政策，……面源污染控制重点2024/11/2427农田面源污染控制技术农业面源污染的根本原因是从产业结构到发展方式的资源过度消耗与浪费农业污染物是放错了地方的“资源”面源污染控制与治理的关键是资源高效和循环利用，在农业发展中解决问题“源头削减，过程消纳，末端循环”面源污染控制总体思路2024/11/2428农田面源污染控制技术源头削减：基于特定生产目标和污染负荷控制的产业结构高级化和资源高效化过程消纳：发挥农业生态系统生物多样性和自净功能，阻断与吸附排放污染物末端循环：“废弃物”肥料化、饲料化、能源化循环利用，污染的生物净化与修复面源污染控制总体思路2024/11/2429农田面源污染控制技术面源污染控制主要任务揭示典型农业生态系统污染物排放负荷特征，建立面源污染负荷估算方法、风险评估技术、污染控制指标体系、经济政策和激励机制查明主要农业产区资源承载力和环境容量，建立基于资源承载力和环境容量的产业结构、种养一体化和污染物过程消纳生态配置模式，形成N、P污染物的区域化管理2024/11/2430农田面源污染控制技术集成农田氮磷高效利用和径流净化技术，形成农田面源污染全过程良好控制的技术体系集成规模养殖废弃物固液分离处置和循环利用技术，研发规模以下生态养殖模式、健康养殖技术和废弃物循环利用技术系统面源污染控制主要任务2024/11/2431农田面源污染控制技术三、农田污染控制技术策略2024/11/2432农田面源污染控制技术结构优化技术和产业升级2024/11/2433农田面源污染控制技术生产供应污染负荷承载力环境容量产业需求民生诉求资源配置结构模式政策机制技术进步土地利用种植制度社会属性自然属性是C少了？还是N多了？集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2434农田面源污染控制技术现代农业与农业转型战略C与N肥利用率集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2435农田面源污染控制技术现代农业与农业转型战略CNW与系统生产力集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2436农田面源污染控制技术南方稻田源头氮磷运筹减量技术：

确定了满足稻麦高产需求和污染低排放的施氮量，稻麦轮作体系施氮量由540kg/ha降低到400kg/ha，氮流失量降低20%~30%集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2437农田面源污染控制技术北方小麦-玉米实时控灌与控肥减施技术

根据不同作物施肥的关键节点及控释肥在土壤中释放规律，把控制灌溉与减少氮流失结合，与农民习惯施肥比较，节约用肥20%-30%，不减产，减少追肥用工成本50—80元/亩。集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2438农田面源污染控制技术处理减施量kgN/ha2006-20072007-20082008-20093年平均值减排量产量减排量产量减排量产量减排量产量N4（农户）----204--203--174---195N3（-20%）17438194391998218353192N2（-40%）3486820576202193171112193N1（-60%）522111156120154248119160143南方设施菜地氮磷科学减施技术效果

设施栽培常规氮肥用量超过正常需求20%-40%，通过合理减施技术施氮量可减少170-350kg/ha，不影响产量和品质，可减少氮排放53-112kg/ha。集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2439农田面源污染控制技术北方设施菜地根层氮磷减量调控技术提出适宜的根层供氮指标，从源头控制设施菜田氮素过量投入，根层供氮基本维持200kgN/ha，设施番茄减氮52%，设施黄瓜减氮44%简化模式集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2440农田面源污染控制技术处理产量

(t/ha)灌溉量(mm)氮肥投入量

(kgN/ha)经济效益（万元/亩）移栽-第一穗果膨大第一穗果膨大-收获传统水氮94.1a2853346001.33水肥一体化97.1a2851812281.39

水肥一体化技术减施效果北方设施菜地水肥一体化技术改大水漫灌为水肥一体化（优化滴灌、优化畦灌、NP调控）集约化农田减氮增碳控磷2024/11/2441农田面源污染控制技术现代农业与农业转型战略氮磷流失的生物控制2024/11/2442农田面源污染控制技术增碳、减氮、控磷、节水一体化不同氮磷吸收特性作物时空配置生态退（排）水沟渠……生态沟渠生态沟渠拦截技术效果：生态沟渠拦截技术对氮磷的拦截率分别为53%和55%。TNTPPO43-PNO3--NNH4+-N生态沟渠(mgL-1)0.740.090.060.130.08土沟渠(mgL-1)1.420.130.100.460.10河水样(mgL-1)1.220.160.110.270.23农田氮磷流失的生物控制混凝土沟渠2024/11/2443农田面源污染控制技术沟渠浮床水稻氮磷削减技术水稻总生物量1933kg/亩，籽粒理论产量507.4kg/亩,每1000m2浮床带走水体中总氮31.57kg，总磷14.89kg.农田氮磷流失的生物控制2024/11/2444农田面源污染控制技术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闲作物吸收

淋洗

淋洗夏季南方菜地填闲作物阻控氮磷流失农田氮磷流失的生物控制2024/11/2445农田面源污染控制技术处理2008年2009年无填闲填闲拦截率（%）无填闲填闲拦截率（%）填闲减量+填闲填闲减量+填闲N(农民)1237638--956433--N3（-20%）9054405693564041N2（-40%）5234357234252674N1（-60%）3822428224192180N017947--11464--在设施蔬菜高氮肥投入体系中，淋洗高峰发生时期（揭棚期）填闲玉米对氮素淋洗拦截率为30%左右，减量的同时配合填闲作物氮淋洗拦截率为61%。南方菜地填闲作物拦截阻控技术农田氮磷流失的生物控制2024/11/2446农田面源污染控制技术北方菜地夏季甜玉米填闲阻控技术氮素减少40-50%+阻控拦截率34%农田氮磷流失的生物控制2024/11/2447农田面源污染控制技术处理0-200cm土壤剖面硝态氮累积量第一茬番茄第二茬空心菜/填闲第三茬大萝卜填闲+推荐施肥1012.7435.9669.9休闲+习惯施肥1386.6911.01630.3硝态氮累积降低率(%)27.052.258.9

处理0-90cm土壤剖面硝态氮淋失量第一茬番茄第二茬空心菜/填闲第三茬大萝卜填闲+推荐施肥4.46.94.2休闲+习惯施肥4.412.38.2淋失降低率（%）0.543.948.8

北方菜地小经济作物填闲阻控技术小经济作物填闲拦截阻控技术敞棚期阻截率41.8%，下茬作物淋失降低50.8%，综合阻截率47%农田氮磷流失的生物控制2024/11/2448农田面源污染控制技术南方丘陵果园生物篱拦截—湿地净化技术

湿地净化精准养分管理生物篱拦截氮流失降低56.1％磷流失降低22.2％农田氮磷流失的生物控制2024/11/2449农田面源污染控制技术小麦/玉米轮作体系区域养分平衡及高效利用建立区域尺度农田生态系统碳、氮、水基础数据库,确定目标产量，采用平衡计算的方法控制作物生长期间碳素、氮素、磷素的总用量将作物秸秆和畜禽废弃物纳入养分管理，确定适宜秸秆还田量和有机肥施用量采用高效品种、控释补氮、监控磷钾、优化灌水，在保障总产稳步提高的同时，无机养分投入减少养25%，利