變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“資源—產(chǎn)品—廢物排放”為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“物質(zhì)多次、多級(jí)、多梯度循環(huán)利用”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水質(zhì)改善“雙贏”不是夢(mèng)——國(guó)家科技重大專項(xiàng)“十二五”水專項(xiàng)“海河下游多水源灌排交互條件下農(nóng)業(yè)排水污染控制技術(shù)集成與流域示范課題”成果概述
種養(yǎng)一體化農(nóng)業(yè)增效減負(fù)示范工程鳥(niǎo)瞰圖
“全鏈條”農(nóng)田增效減負(fù)與清潔生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)
豬糞酒糟混合多級(jí)厭氧處理—生物菌肥工藝
海河流域，我國(guó)三大糧食生產(chǎn)基地之一，是我國(guó)小麥、玉米、蔬菜、肉類主產(chǎn)區(qū)，也是水肥消耗最大的區(qū)域之一，在保障糧食安全的同時(shí)付出了巨大的資源環(huán)境代價(jià)。高投入、高消耗、高排放的集約化農(nóng)業(yè)方式，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染成為流域水體污染的主要來(lái)源。
“表象在水體，根子在陸域”，國(guó)家科技重大專項(xiàng)“十二五”水專項(xiàng)“海河下游多水源灌排交互條件下農(nóng)業(yè)排水污染控制技術(shù)集成與流域示范(2015ZX07203-007)課題”負(fù)責(zé)人、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員張晴雯表示，削減陸域污染負(fù)荷是治理農(nóng)業(yè)面源污染的根本出路。
為了破解糧食剛性需求壓力下農(nóng)業(yè)面源污染治理難題，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)支撐下，中國(guó)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所牽頭，中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所、山東省科學(xué)院、環(huán)農(nóng)沃土(北京)高新科技有限公司、濱州市深港環(huán)保工程技術(shù)有限公司等參加，經(jīng)過(guò)4年多協(xié)同攻關(guān)，突破了耕層土壤水庫(kù)及養(yǎng)分庫(kù)擴(kuò)蓄增容基礎(chǔ)上的農(nóng)田增效減負(fù)等關(guān)鍵技術(shù)，取得了集“種養(yǎng)一體化農(nóng)業(yè)增效減負(fù)技術(shù)體系、農(nóng)村有機(jī)廢棄物資源化處置與循環(huán)利用綜合技術(shù)體系、流域退水生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)控與自凈能力提升技術(shù)體系”3套關(guān)鍵技術(shù)體系為一體的“全域綠色種養(yǎng)加及農(nóng)村糞污資源化循環(huán)生態(tài)鏈”標(biāo)志性成果。改變了傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)“資源—產(chǎn)品—廢物排放”線性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，形成了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中的物質(zhì)多次、多級(jí)、多梯度的循環(huán)利用模式，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的廢物釋放最少化。
陸域水體統(tǒng)籌聯(lián)防：
點(diǎn)線面結(jié)合
海河下游多水源灌排交互，點(diǎn)源和面源污染交疊。針對(duì)這一特點(diǎn)，課題建立了重點(diǎn)污染源檔案，量化分析點(diǎn)源、面源污染的源強(qiáng)及其時(shí)空差異；結(jié)合控制單元水環(huán)境容量，建立了污染負(fù)荷分配體系，提出了農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷分配與削減方案；從點(diǎn)源和面源污染排放的管理措施及削減技術(shù)角度，構(gòu)建了種植—養(yǎng)殖—農(nóng)村主要污染源空間全覆蓋、“源頭消減、過(guò)程控制、末端處理、循環(huán)利用”等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)全過(guò)程的流域農(nóng)業(yè)面源污染控制技術(shù)模式，形成秦臺(tái)河流域點(diǎn)源面源污染防治統(tǒng)籌聯(lián)防技術(shù)思路和流域控制方案。
種植業(yè)生產(chǎn)“全鏈條”調(diào)控：
全周期、全要素、全過(guò)程
在揭示示范區(qū)典型農(nóng)田氮磷流失特征和作物需肥規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究形成了以氮磷盈余為基準(zhǔn)的肥料運(yùn)籌技術(shù)、以碳調(diào)氮為核心的土壤庫(kù)容擴(kuò)增技術(shù)、水肥鹽協(xié)同高效的農(nóng)田增效減負(fù)技術(shù)以及基于種養(yǎng)平衡的廢棄物資源化還田技術(shù)等，以此為核心，打造“全鏈條”農(nóng)田增效減負(fù)與清潔生產(chǎn)技術(shù)體系。
這一體系圍繞全周期、全要素和全過(guò)程，就整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)控。全周期主要從作物整個(gè)生育期維持健康生理生化指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，保障高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)；全要素綜合碳、氮、水、鹽等關(guān)鍵因子，針對(duì)水、土、氣、生等生產(chǎn)要素進(jìn)行整合和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)減負(fù)高效；全過(guò)程圍繞整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，促進(jìn)產(chǎn)前投入綠色化、產(chǎn)中系統(tǒng)化以及產(chǎn)后資源化，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。整套技術(shù)形成了“機(jī)理+產(chǎn)品+技術(shù)”的系統(tǒng)化農(nóng)田氮磷面源污染控制技術(shù)體系，并在示范工程中進(jìn)行示范和推廣。
種養(yǎng)一體化：
“三段法”變廢為寶
針對(duì)海河流域糧食增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)需求壓力下化肥不合理施用以及種養(yǎng)脫節(jié)造成的水環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)結(jié)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游，引入酒糟廢液共發(fā)酵，將種植與養(yǎng)殖有機(jī)融合，實(shí)施了種養(yǎng)一體化農(nóng)業(yè)增效減負(fù)示范工程。
通過(guò)三段工藝對(duì)豬糞酒糟聯(lián)合厭氧發(fā)酵：A段采用全混合厭氧消化器對(duì)豬糞和酒糟進(jìn)行聯(lián)合中溫發(fā)酵，能夠保障在北方冬季等低溫環(huán)境下正常進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)沼氣，降低能源消耗；B段封閉式厭氧塘厭氧穩(wěn)定，儲(chǔ)存60天使得沼液穩(wěn)定化；C段接種菌劑，進(jìn)行氨氮臭味控制和益生菌增殖，制成高品質(zhì)生物菌肥，用于農(nóng)作物種植。
構(gòu)建了全域綠色種養(yǎng)加循環(huán)生態(tài)鏈，核心示范面積2平方千米，輻射推廣面積45 平方千米，養(yǎng)豬規(guī)模3萬(wàn)頭。第三方監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在作物不減產(chǎn)前提下，示范工程氨氮流失量削減38.51%，硝態(tài)氮流失量減少31.19%，總磷流失量減少46.36%，排水中氨氮和總磷濃度一直處于1.5毫克/升和0.3毫克/升以下，每公頃節(jié)本增效2400元以上。
“廁所革命”最后一公里：
糞污資源化循環(huán)
海河流域下游農(nóng)村廁所位置分散，缺少收集設(shè)施，已收集糞污缺乏配套的資源化處理技術(shù)，導(dǎo)致未處理糞污流入河流、池塘等地表和地下水體，加劇了海河下游的面源污染問(wèn)題。
課題以農(nóng)村有機(jī)廢棄物能源化、資源化、無(wú)害化、經(jīng)濟(jì)化為目標(biāo)和約束條件，在山東省濱州市濱城區(qū)中裕高效生態(tài)農(nóng)牧循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)以及秦皇臺(tái)、楊柳雪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村，建立了農(nóng)村有機(jī)廢棄物資源化處置與循環(huán)利用技術(shù)集成與示范工程。以農(nóng)村公廁收集生活污水入手，研發(fā)了以負(fù)壓收集技術(shù)、污水源分離技術(shù)為支撐的農(nóng)村節(jié)水無(wú)味生態(tài)廁所源分離機(jī)資源化關(guān)鍵技術(shù)。以農(nóng)村戶廁收運(yùn)生活糞便入手，通過(guò)智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)，創(chuàng)新車輛管理模式以及點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)處理模式，建立了農(nóng)戶廁所糞便運(yùn)輸管理體系，將各村鎮(zhèn)收集的糞污經(jīng)車輛統(tǒng)一運(yùn)送至糞污集污池，并通過(guò)高溫運(yùn)行工藝有效的殺死糞污帶入的大腸桿菌等污染菌，最終實(shí)現(xiàn)糞污無(wú)害化和資源化循環(huán)利用。
示范工程自啟動(dòng)實(shí)施以來(lái)，灰水通過(guò)檢測(cè)符合城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放1級(jí)A回用標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)，黑水通過(guò)檢測(cè)符合回用標(biāo)準(zhǔn)符合糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB7959-2012)。運(yùn)行費(fèi)用每噸水低于0.23元；在改變農(nóng)村排水模式方面，沖廁耗水減少約84.5%，農(nóng)村廁所糞尿100%制肥后回田應(yīng)用。示范工程的實(shí)施將可再生能源工程技術(shù)和生活廢水收集處理技術(shù)綜合配套、優(yōu)化組合，因地制宜形成農(nóng)村有機(jī)廢棄物資源化處理和循環(huán)利用模式。
溝渠濕地協(xié)同聯(lián)控：
消除V類水
針對(duì)海河下游秦臺(tái)河流域農(nóng)田灌排設(shè)施老化、溝渠建設(shè)功能混亂及河岸帶生態(tài)功能退化等現(xiàn)狀造成的農(nóng)業(yè)排水溝渠水質(zhì)污染疊加、農(nóng)田退水難達(dá)標(biāo)入河等問(wèn)題，課題研究實(shí)施了流域退水生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)控與自凈能力提升示范工程。
位于中裕高效生態(tài)農(nóng)牧循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園灌排溝渠及秦臺(tái)河河岸帶的示范工程，主要示范技術(shù)包括退水溝渠水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)、河岸帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化與退水污染凈化兩套關(guān)鍵技術(shù)，示范規(guī)模7.4千米。通過(guò)技術(shù)示范，示范工程退水溝渠化學(xué)需氧量(COD)、氨氮、總磷的削減率分別為82.6%、38.3%和65.2%，退水回灌率達(dá)到94.5%。經(jīng)第三方監(jiān)測(cè)，入河退水溝渠中農(nóng)田排水COD、氨氮、總磷平均濃度分別為16.86毫克/升、0.218毫克/升、0.111毫克/升，滿足示范工程考核要求。示范工程建立了秦臺(tái)河流域農(nóng)業(yè)面源污染控制生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)模式，提高了示范區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)控與自凈能力提升的服務(wù)功能，為海河下游流域農(nóng)業(yè)面源污染控制與水質(zhì)改善提供了有力的技術(shù)支撐，農(nóng)業(yè)排水水質(zhì)消除V類和劣V類。
系統(tǒng)解決方案：
變線性模式為循環(huán)模式
以秦臺(tái)河水質(zhì)提升管理技術(shù)體系及評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)為導(dǎo)向，按照清潔生產(chǎn)、種養(yǎng)平衡、生態(tài)聯(lián)控、區(qū)域統(tǒng)籌有機(jī)結(jié)合的技術(shù)思路，從海河下游農(nóng)田/養(yǎng)殖/農(nóng)村污染控制—退水溝渠與河岸帶結(jié)構(gòu)與功能優(yōu)化等層面進(jìn)行系統(tǒng)控制，構(gòu)建了全域種養(yǎng)結(jié)合及農(nóng)村糞污資源化循環(huán)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，與溝渠河岸帶生態(tài)聯(lián)控有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了主要污染源空間全覆蓋、“源頭消減、過(guò)程控制、末端處理、循環(huán)利用”等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)全過(guò)程的流域農(nóng)業(yè)面源污染控制技術(shù)模式，并進(jìn)行示范推廣，構(gòu)建了20km2的核心示范區(qū)。與基準(zhǔn)年相比，示范區(qū)入河水質(zhì)COD、氨氮、總磷污染物的削減率分別為35.9%、33.3%和31.2%，示范區(qū)入河水質(zhì)年平均總濃度滿足海河下游農(nóng)業(yè)面源污染防治的要求。研究成果推動(dòng)了生態(tài)高效、綠色循環(huán)的閉合式發(fā)展，提升了全產(chǎn)業(yè)鏈的科技含量，其產(chǎn)業(yè)帶基地、基地連農(nóng)戶的扶貧模式，精準(zhǔn)助力了脫貧攻堅(jiān)和產(chǎn)業(yè)振興，為我國(guó)的農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和三產(chǎn)融合打造了濱州樣板和解決方案。(記者 瞿 劍)
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