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我国农业面源污染防治技术创新与产业化推广

2017-11-15

随着我国社会经济的快速发展,农业面源污染已经成为我国环境污染的主要因素。在国家水体污染控制与治理科技重大专项课题和国家自然科学基金面上项目的支持下,中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业清洁领域团队针对我国农业面源污染防治技术创新与产业化推广的现状及发展进行了深入研究,阐述了农业生产过程对水、土壤和大气环境产生的影响,总结了我国农业面源污染防治技术研究与示范进展,对国家水体污染控制与治理科技重大专项取得的成果进行了介绍。在对我国农业面源污染防治技术推广应用中存在问题进行分析的基础上,从技术集成创新、政府加强引导、健全法制体系和推广产业园区模式等方面提出促进农业面源污染防治技术产业化推广的建议。

一、农业生产过程对环境产生的影响

(一)对水环境的影响

我国是世界上最大的化肥生产国和消费国。由于在施肥方法、施肥量和施肥时间等方面存在诸多问题,我国化肥利用效率较低,肥料随径流和淋溶等过程流失的现象较为普遍,对水体环境产生影响。另外,近年来我国畜禽养殖业发展迅速,畜禽养殖废弃物无害化处理和综合利用工作有待提高,畜禽养殖废弃物引起的水环境污染现象时有发生。

(二)对土壤环境的影响

过度施用化肥除了可以引起地表水体环境污染外,还可以引起耕地土壤酸化以及土壤物理性质恶化。土壤中某种营养元素过剩会导致土壤内在平衡的破坏,致使土壤对其他营养元素的吸收能力下降,甚至导致土壤板结。在农业生产中农膜引起的土壤污染问题也不容忽视。使用过的农膜如果得不到及时的清除,会形成农膜残留,从而改变或切断土壤孔隙连续性,阻碍土壤水分下渗和植物根系串通,影响植物正常吸收水分和养分。另外,我国规模化畜禽养殖业发展迅速,饲料生产中含有重金属元素的预混剂和添加剂被大量使用,从而形成重金属土壤污染的潜在风险。

(三)对大气环境的影响

由于存在分散、体积大和难以运输等问题,我国秸秆的集中处理和综合利用的比例较低,浪费和露天焚烧现象较为普遍。秸杆在焚烧过程中会释放出大量的二氧化碳、一氧化二氮、二氧化硫、悬浮颗粒物和一些有机烃类等有毒有害物质。这些物质被人体吸收后会对上呼吸道和眼睛产生强烈刺激,引起人体组织病变。另外,在不利气象条件下,秸秆焚烧也是引起雾霾天气发生的重要原因之一。

二、我国农业面源污染防治技术研究与示范进展

我国在农业面源污染防治技术研究和工程示范方面开展了大量的工作,并取得了一定的进展。自2005年以来,国家农业主管部门在全国推行农村清洁工程试点工作。工程按照“减量化、资源化、再利用”的循环经济理念,以建设资源节约型、环境友好型新农村为目标,以实施清洁田园、清洁家园、清洁水源为主线,以农村废弃物资源化利用和农业面源污染防控为重点,推广畜禽粪便、生活污水、生活垃圾、秸秆等生产、生活废弃物资源化利用技术,推广农业清洁生产工程。国家公益性行业(农业)科研专项先后开展了有关“农药高效安全科学施用技术”“大宗农作物产地污染物阻控关键技术研究与示范”等一大批农田安全生产技术研究工作。此外,我国通过国家水体污染控制与治理科技重大专项在“十一五”和“十二五”期间设置农业面源污染防治相关研究课题21个,研发突破了一批针对种植业、养殖业和农村生活面源污染控制与治理的关键技术。

(一)种植业面源污染控制与治理的关键技术

“十一五”期间,水专项针对不同类型种植业污染特征突破了农田种植结构调整、病虫害生物防治与农药流失残留降解、施肥优化、氮磷促吸收防流失、农田固体废弃物综合利用、农田尾水生态拦截与修复、灌区农田退水污染综合控制、“减量-阻断-拦截-回用”(4R)等关键技术,并建设了相应示范工程。通过相关课题的实施形成了农田种植业全程控氮减磷成套技术体系,为区域的环境质量改善提供了有力保障。“十二五”期间,水专项以区域种养结合、整装集成成套技术为思路,重点突破了农田有机质提升与养分控流失、农田尾水综合利用、农田作物搭配拦截、冻融条件下农田面源污染过程和水质目标管理、寒冷区水田肥水精量控制与清洁生产等关键技术,并进行规模化示范,在太湖、巢湖等流域构建了农业清洁小流域样板工程,为水污染防治行动计划中种植业面源污染防治的实施提供了有力支撑。

(二)养殖业面源污染控制与治理的关键技术

“十一五”期间,水专项针对畜禽养殖业污染负荷大、治理难度大的特点,重点突破了畜禽养殖废水碳氮磷协同处理、保氮除臭适度发酵与功能有机肥生产、中温射流搅拌沼气发酵、养殖业氮磷减量控制和养殖粪便与微生物发酵床废旧垫料资源利用等关键技术,形成了畜禽养殖废弃物循环利用与区域污染减排成套技术,为流域畜禽养殖业面源污染治理提供有力保障。“十二五”期间,水专项以养殖业废弃物源头减排和资源化利用为思路,突破了北方寒冷地区畜禽养殖污染系统控制与增效、畜禽粪便干式厌氧发酵、养殖废弃物微生物发酵床处理-资源化利用、畜禽粪尿好氧发酵资源化处理等关键技术,且均已形成成套设备。通过养殖废弃物的资源化利用,实现了区域的种养平衡和流域清洁,为水污染防治行动计划中畜禽养殖业面源污染防治的实施提供有力支撑。

(三)农村生活面源污染控制与治理的关键技术

“十一五”期间,水专项针对农村生活面源污染物产生、排放和输移特征,突破了复合塔式生物滤池农村生活污水处理、接触厌氧、太阳能曝气接触AO法、自然增氧渗滤土壤净化、三级塘生物生态处理强化、多形态生物生态处理、北方低温环境人工湿地强化脱氮等关键技术,形成了农村生活面源污染控制与减排成套技术,为流域农村生活面源污染治理提供有力保障。“十二五”期间,水专项以技术集成和设备化为思路,重点突破了农村生活污水复合介质生物过滤处理、农村生活污水厌氧-跌水曝气-湿地生物生态组合、农村生活污水兼氧膜生物反应器(FMBR)、易腐生活垃圾水解-甲烷化-好氧稳定化处理等关键技术,部分技术已形成成套设备。通过相关技术的推广和成套设备的应用,为流域水质改善及水污染防治行动计划农村环境综合整治的实施提供了有力支撑。

三、我国农业面源污染防治技术推广应用中存在的问题

(一)我国农业面源污染防治技术研发创新能力不足

目前我国的农业面源污染防治技术大多仍处在研发与实验阶段,而且以单项技术为主,可工程化程度低,从而导致在推广应用中存在诸多问题。更为重要的是,目前农业面源污染防治技术的零散化和碎片化问题突出,没有从流域层面形成从上游到下游完整的技术链和技术网,从而导致污染问题未能从根本上得到解决。另外,农业面源污染防治技术的应用效果存在一定的差异,需要根据具体的区域特点制定“一域一策”的农业面源污染防治方案。

(二)农业面源污染防治技术推广应用的观念不强

在我国,长期以来各级政府对传统农业生产方式的弊端并没有给予足够重视,同时对农业面源污染防治工作的重要性和紧迫性认识不足,从而未能从各级政府层面进行良好的引导和推动。由于各级政府对农业面源污染防治技术推广应用的引导和宣传不足,相关涉农企业在实际组织生产中只关注经济利益,忽略了对农业生态环境的保护。我国农民已经习惯了传统农业高投入粗放式的生产方式,缺乏基本的环境保护意识,从而导致农业生产过程中资源浪费、破坏生态环境等一系列问题。

(三)农业面源污染防治技术推广应用的政策和制度不完善

我国已经颁布了多部关于生态环境保护的法律和法规,然而这些法规仍然是基于末端治理的原则,未能实现从源头控制、过程阻断与循环利用的观念上来约束市场、相关企业和个人的行为。另外,各级政府对农业面源污染防治的资金投入不足。政府在制定税收优惠政策时,并未从农业面源污染防治的角度进行设计和考虑,仍然遵循末端治理的原则,未能体现源头控制、过程阻断与循环利用的理念。

(四)农业面源污染防治技术产业化推广载体培育不足

传统农业分散经营的现状导致农民和农业的组织化程度低,从而影响了我国农业面源污染防治工作的开展。农业面源污染防治产业链技术体系包含种植、养殖、加工和生活各个环节,是一个庞大的产业链及产业网络,在这种需求下单独的个人或者个别企业无法实施产业链技术。

四、促进农业面源污染防治技术产业化推广的建议

(一)加强农业面源污染防治技术集成创新和产业链延伸

相关实践表明,流域综合规划和小流域治理的思路是未来农业面源治理的主要方向。从技术层面上要在流域范围内优化农业产业结构,改变目前农业经济粗放式的增长方式,依靠农业科技进步实现农业生产现代化。农业面源污染的治理要紧紧围绕循环农业中种植、养殖、加工、生活各个环节及其之间的交互关系和物质循环规律,创新农业农村有机废弃物循环关键技术,并以农业产业链理论为基础拓宽和构建“种-养-加-生”一体化产业链技术体系。在此基础上,按照循环经济理论和工业生态学原理建立产业链共生网络,通过“生产者-消费者-分解者”的循环关系,实现物质的循环和能量的流动。通过构建清洁和循环农业产业,使农业生产资料和能源得到最高效利用,减轻农业面源污染,这对实现农业生态和农村经济的可持续发展具有重要意义。

(二)政府加强引导,提高企业和农民的农业面源污染防治意识

农业面源污染的治理工作需要加强国家顶层设计与部门协调,将转变农业经济增长方式作为政府工作的重点之一,把农业面源污染的治理工作与保护农业生态环境纳入民生工程。农业面源污染的治理具有一定的长期性和复杂性,因此,各级政府要从思想上重视起来,转变传统以牺牲环境为代价的农业发展观念,积极引导农业企业,发挥其主导作用,推广农业面源污染防治技术。此外,积极开展宣传,让农民学习和了解国家关于农业面源污染治理工作的政策和措施,让广大农民深刻认识到改善生态环境为其带来的福利和收益。

(三)健全法规和财政支持体系,促进农业面源污染防治技术的推广应用

各级政府要积极健全和完善与农业面源污染防治相关的法律法规体系,调节和规范农业生产经营者的法律行为。另外,各级政府要加强对已制定的和即将制定的有关法律和法规的宣传和执行力度,做到有法可依,有法必依,执法必严,违法必究,树立法律权威,保证我国农业面源污染防治工作的顺利实施。要调整和改革国家现有的财政分配结构,加大对农业面源污染防治的资金投入力度。拓展资金筹集渠道,探索农业面源污染防治资金投入的长效机制,通过政府投资、社会融资等多元渠道筹集农业面源污染防治资金,积极发挥市场对资源配置的决定性作用,吸引社会资金进行农业面源污染防治。要继续推进农村税费制度改革,减轻农民和农业企业的经济负担,为农业面源污染防治提供便利条件。

(四)建立以企业为主体的产业园区和集群,承载农业面源污染防治技术产业化推广

农业面源污染的防治必须把具体种植业、养殖、加工和生活污染循环一体化控制技术与实际工程相结合,通过产业化推广的方式扩大技术的应用范围,从而解决区域性的农业面源污染问题。我国农业面源污染的防治必须坚持市场导向、园区化建设与企业化经营的原则。防治农业面源污染必须发展和培育行业的龙头企业,加强相关企业间的协作与联合,建立成规模、见效益的生态农业产业园区。各级政府应通过财政、税收和金融等多种政策和手段,支持和引导农业面源污染防治技术的产业化推广,培育和壮大新型经营主体,从而形成产业链、产业网及产业集群。

主要完成人简介

耿兵(1979— ),辽宁铁岭人,副研究员,现任职于中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,主要从事农业农村有机废弃物污染控制与资源化循环利用研究。

朱昌雄(1963— ),研究员,中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所副所长,国家水体污染控制与治理科技重大专项湖泊主题组专家。