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除了原位阻控技术,中心科研人员还在项目实施中建立了农业面源综合防控技术:采用土壤测试与根区养分调控的精量施肥技术,源头上实现农田肥料减施、控施;同时开展生态隔离带拦截技术研究,从过程上阻控了养殖废弃物以及农田氮磷对湖区的污染;通过水肥耦合与新型肥料应用,结合根区养分调控技术,节肥30%~40%,产量提高4%~8%,节肥增产效果明显。

“蓄集在河道中的废弃物、土壤中过量化肥、农药以及农村畜禽养殖和生活污水等农业面源污染源极易在汛期通过径流、入渗进入下游河道、湖淀和地下水,造成地表水富营养化和地下水硝酸盐超标等污染问题。同时,全流域农业面源污染源及其迁移途径也直接影响着白洋淀和雄安新区水和生态环境的安全。”王仕琴说。

会议还特邀中国水利水电科学研究院研究员赵勇、中国科学院生态环境研究中心研究员冯兆忠分别就“雄安新区水资源安全保障问题与思考”“城市绿地建设过程中的树种选择问题”作报告。

在马林看来,利用物联网、大数据和遥感等新技术手段,建立和完善白洋淀流域面源污染和地表水、地下水环境自动监测体系;解析基于关键带“水—土—气—生”的面源污染时空规律和形成机理,建立农业多元化污染源与水环境响应关系;建立全流域农牧系统面源污染全方位防控和分区立体治理技术和示范,是未来解决雄安新区面源污染的主攻方向。

“这项监测对于研究淀区农田化肥、农村污水和畜禽养殖以及工农业排污等复杂和多源格局下污染物对地表水和地下水环境的影响,实现对全流域农业面源污染综合影响的认识有着重要价值。”王仕琴说。

“雄安新区建设是白洋淀系统改变的契机。”河北农业大学教授程伍群在作《绿色雄安建设的系统工程问题初步探讨》报告时认为,水量是根本,水质是关键,两者共同塑造着白洋淀生态系统;生态系统有着自身生存条件和功能,但对淀区人民而言,这个生态系统中的生物是最重要的生产、生活资源;人们在利用的同时,参与生态系统培育,使生态系统深深打上人工印记,破坏了生态系统多样性,平衡逐渐丧失。他建议:改变生态系统作为基本生活、生产资料的社会行为,有序疏解淀区人口,对生态系统以利用为主,变为以养护为主。

究其原因,白洋淀位于白洋淀流域下游,流域内农业经济较发达,为综合型多元化分布格局:上游山前平原为农业高产区,化肥、农药被大量投入;下游淀区及其周边农田、村落、水产畜禽养殖和污水排放等交错分布,处于无序管理的状态。

研究发现,低山丘陵补给源区农村人畜排污是造成地下水高浓度硝酸盐的主要原因,农田化肥快速淋滤和迁移对山前平原地下水硝酸盐浓度升高具有很大风险。白洋淀及其周边地下水硝酸盐氮的来源复杂,受工业和生活污水渗漏、农业污水灌溉回渗、过量农田化肥淋溶、农村污水排放等面源污染综合影响,硝酸盐氮迁移转化的机制体现出较大的时空差异性,揭示了白洋淀流域地下水污染成因与硝酸盐氮迁移机制。

8月20日,为期两天的中国科学院农业资源研究中心“河北省农业系统工程学会2018年度年会暨绿色雄安与系统工程高层论坛”在雄安新区安新县结束。来自中国科学院生态环境研究中心、中国水利水电科学研究院、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、河北农业大学、河北地质大学以及河北省内地方农科院等20余家单位的80余人出席了本次会议,大家围绕雄安新区水环境和绿色发展进行了探讨。

由于白洋淀流域为一相对封闭的流域,雄安新区地处流域下游,不同来源农业面源污染源随地表、地下径流迁移,使得下游污染物来源和迁移机制复杂,这也对下游地表和地下水环境治理和修复提出了挑战,因此亟须开展全区域农业面源污染综合消减机制和分区立体治理技术的研究。

雄安新区包括白洋淀以北的雄县、容城、安新3县,是党中央国务院设立的继深圳经济特区和上海浦东新区之后的又一具有全国意义的新区,是“千年大计、国家大事”。然而,作为雄安新区水资源的承载体和环境负荷的消纳体,白洋淀地区的地表水富营养化和地下水硝酸盐超标等污染问题、全流域农业面源污染问题却直接影响着淀区乃至雄安新区的水与生态环境安全。

“白洋淀地处雄安新区规划的核心范围,是华北最大的淡水湖泊,对调节华北地区的气候、维护生态与环境、保持生物多样性和物种资源以及补充周边地下水等方面具有不可替代的生态功能。”中国科学院农业资源研究中心研究员王仕琴在会上作题为《白洋淀流域农田面源污染与地下水环境风险》的报告时建议:开展针对大气、地表水、底泥、土壤、地下水和植被系统的全过程自动监测,建立基于物联网的动态监测体系。重点针对重金属、挥发性有机酚类和硝酸盐氮等污染物质开展深入研究,明确不同污染物迁移机制,结合土壤微生物和植被综合修复技术,建立唐河污水库污染物水、土、气、生全链条修复方法和技术体系。

2016年12月,王仕琴团队通过对白洋淀全区域调查发现,排污河和白洋淀水质较2014年以前显著改善。然而,水质总体状况指标却表明,虽然源头排放水质标准提高,但是沿程受河道底泥释放和面源污染源汇入等影响,沿线至入淀口河水水质变差,白沟引河和府河等污水河沿线和淀区周边以及污灌区地下水总体水质状况显著劣于地表水,地下水硝酸盐浓度偏高。

究其原因,白洋淀位于白洋淀流域下游,流域内农业经济较发达,为综合型多元化分布格局:上游山前平原为农业高产区,化肥、农药被大量投入;下游淀区及其周边农田、村落、水产畜禽养殖和污水排放等交错分布,处于无序管理的状态。

会议期间,与会专家还考察了雄安新区规划馆。

“蓄集在河道中的废弃物、土壤中过量化肥、农药以及农村畜禽养殖和生活污水等农业面源污染源极易在汛期通过径流、入渗进入下游河道、湖淀和地下水,造成地表水富营养化和地下水硝酸盐超标等污染问题。同时,全流域农业面源污染源及其迁移途径也直接影响着白洋淀和雄安新区水和生态环境的安全。”王仕琴说。

2008年至2016年期间,中心研究人员初步建立了“白洋淀流域地表水和地下水水环境监测网”,重点针对白洋淀、常年入淀河流府河、白沟引河和多年接纳工业污水的唐河污水库及周边地下水进行野外定期调查取样和监测,并将调查采样区域辐射到周边农田、污水灌溉区和白洋淀流域上游农业高产区以及地下水补给源区。

据悉,农业资源研究中心是“河北省农业系统工程学会”的依托单位。本次会议以绿色发展和系统工程的理念为基点,会集了河北省涉农领域的专家学者,为实现新区绿色发展思想和“水城共融”生态城市的理念提供了建议和参考。

中科院农业资源中心助力雄安新区水与生态安全

在马林看来,利用物联网、大数据和遥感等新技术手段,建立和完善白洋淀流域面源污染和地表水、地下水环境自动监测体系;解析基于关键带“水—土—气—生”的面源污染时空规律和形成机理,建立农业多元化污染源与水环境响应关系;建立全流域农牧系统面源污染全方位防控和分区立体治理技术和示范,是未来解决雄安新区面源污染的主攻方向。

(原载于《中国科学报》 2018-09-03 第6版 院所)

■本报记者 王晨绯 通讯员 王超

污染控制效果明显

两天的会议中,专家们从雄安新区水污染现状及成因、重金属污染治理、农业节水、畜牧业引发的面源污染及畜牧业转型发展、水肥一体化的精准种植、智慧农机等多方面探讨了如何减少人类活动对雄安新区环境影响,为绿色雄安发展助力。

“围绕雄安新区建设水城共融生态宜居城市的需求,农业资源中心农业面源污染研究将进一步为白洋淀流域水土环境安全提供技术智库,为发展和保护‘科技、生态、宜居、智能’型绿色宜居城市提供安全保障。”中科院农业资源研究中心主任胡春胜说。

中心科研人员研发了白洋淀流域面源污染控制技术,已经形成了一系列农业面源污染原位阻控技术与示范,包括:减氮控水、缓控肥料、少免耕技术结合播种施肥一体化、养殖场原位阻控、生态隔离带拦截等面源污染消减技术等。根据根层速效氮含量,减氮控水技术不减少作物产量的同时可降低土壤硝态氮残留,降低氮素的淋溶风险。缓控肥料技术可以降低农田氨挥发损失,采用根层土壤养分调控技术与新型肥料相结合,显著降低了肥料损失和面源污染。养分径流损失隔离带技术,可使氮磷径流损失减少50%,降低对水环境造成的危害。

利用监测数据和模型模拟,中心科研团队追本溯源,从水的补给源头出发,针对山区和淀区周边地下水和硝酸盐来源的区域分异性特点,解析了不同来源的面源污染对地下水硝酸盐的影响和迁移过程。重点关注了白洋淀上游山区平原过渡带历史时期(1980年至1990年)土地利用变化对现在地下水硝酸盐氮的影响。

除了原位阻控技术,中心科研人员还在项目实施中建立了农业面源综合防控技术:采用土壤测试与根区养分调控的精量施肥技术,源头上实现农田肥料减施、控施;同时开展生态隔离带拦截技术研究,从过程上阻控了养殖废弃物以及农田氮磷对湖区的污染;通过水肥耦合与新型肥料应用,结合根区养分调控技术,节肥30%~40%,产量提高4%~8%,节肥增产效果明显。

研究发现,低山丘陵补给源区农村人畜排污是造成地下水高浓度硝酸盐的主要原因,农田化肥快速淋滤和迁移对山前平原地下水硝酸盐浓度升高具有很大风险。白洋淀及其周边地下水硝酸盐氮的来源复杂,受工业和生活污水渗漏、农业污水灌溉回渗、过量农田化肥淋溶、农村污水排放等面源污染综合影响,硝酸盐氮迁移转化的机制体现出较大的时空差异性,揭示了白洋淀流域地下水污染成因与硝酸盐氮迁移机制。

把脉问诊污染原因

“近年来国家和地方政府通过补水、严控排污标准、控源清淤等多项措施,水质有所好转,但据2015年水质监测结果显示,白洋淀大部分水域水质仍为V类或劣V类,汛期‘死鱼事件’时有发生。”谈到淀区水环境,中科院“百人计划”入选者、农业资源研究中心研究员王仕琴的表情略显沉重。

多措并举决胜未来

白洋淀位于海河流域大清河水系的中游,是华北地区最大的淡水浅湖型湿地,具有丰富的水生动植物资源,对调节华北地区气候以及缓洪滞沥、蓄水灌溉,保护生物多样性等有着重要作用。然而,过去几十年,白洋淀水体却多次干涸,水污染严重。

面源污染由来已久

“这说明现在污染源虽然得到一定程度控制,但过去通过点源、面源途径进入地下水的污染物修复仍然需要更长的时间;山区平原过渡带和山前平原冲洪积扇农业高产区地下水硝酸盐超标显著,受地下水迁移的时空尺度影响,有可能对未来下游水环境安全产生威胁。”王仕琴说。

利用监测数据和模型模拟,中心科研团队追本溯源,从水的补给源头出发,针对山区和淀区周边地下水和硝酸盐来源的区域分异性特点,解析了不同来源的面源污染对地下水硝酸盐的影响和迁移过程。重点关注了白洋淀上游山区平原过渡带历史时期(1980年至1990年)土地利用变化对现在地下水硝酸盐氮的影响。

2008年至2016年期间,中心研究人员初步建立了“白洋淀流域地表水和地下水水环境监测网”,重点针对白洋淀、常年入淀河流府河、白沟引河和多年接纳工业污水的唐河污水库及周边地下水进行野外定期调查取样和监测,并将调查采样区域辐射到周边农田、污水灌溉区和白洋淀流域上游农业高产区以及地下水补给源区。

“这说明现在污染源虽然得到一定程度控制,但过去通过点源、面源途径进入地下水的污染物修复仍然需要更长的时间;山区平原过渡带和山前平原冲洪积扇农业高产区地下水硝酸盐超标显著,受地下水迁移的时空尺度影响,有可能对未来下游水环境安全产生威胁。”王仕琴说。

“这项监测对于研究淀区农田化肥、农村污水和畜禽养殖以及工农业排污等复杂和多源格局下污染物对地表水和地下水环境的影响,实现对全流域农业面源污染综合影响的认识有着重要价值。”王仕琴说。

早在“十一五”期间,中科院遗传发育所农业资源研究中心就曾承担国家和中科院多个项目,针对白洋淀流域农业面源污染监测、面源污染形成机制和面源污染阻控技术与示范开展了大量长期的研究。“十三五”伊始,中心作为项目主持单位承担国家重点研发计划项目“农田氮磷淋溶损失污染与防控机制研究”,组织了从事农田氮磷面源污染研究的优势单位15家共同攻关,在白洋淀流域地表水和地下水水环境监测网建立、面源污染形成机制、面源污染阻控技术与示范等方面取得了阶段性进展。

“这一技术与少免耕技术结合,实现了播种施肥一体化,农事操作简便易行,在白洋淀农区具有广阔的应用前景。”中科院“百人计划”入选者、农业资源研究中心研究员马林说。

“围绕雄安新区建设水城共融生态宜居城市的需求,农业资源中心农业面源污染研究将进一步为白洋淀流域水土环境安全提供技术智库,为发展和保护‘科技、生态、宜居、智能’型绿色宜居城市提供安全保障。”中科院农业资源研究中心主任胡春胜说。

《中国科学报》 (2017-07-17 第6版 院所)

监测网络提高认识

中心科研人员研发了白洋淀流域面源污染控制技术,已经形成了一系列农业面源污染原位阻控技术与示范,包括:减氮控水、缓控肥料、少免耕技术结合播种施肥一体化、养殖场原位阻控、生态隔离带拦截等面源污染消减技术等。根据根层速效氮含量,减氮控水技术不减少作物产量的同时可降低土壤硝态氮残留,降低氮素的淋溶风险。缓控肥料技术可以降低农田氨挥发损失,采用根层土壤养分调控技术与新型肥料相结合,显著降低了肥料损失和面源污染。养分径流损失隔离带技术,可使氮磷径流损失减少50%,降低对水环境造成的危害。

由于白洋淀流域为一相对封闭的流域,雄安新区地处流域下游,不同来源农业面源污染源随地表、地下径流迁移,使得下游污染物来源和迁移机制复杂,这也对下游地表和地下水环境治理和修复提出了挑战,因此亟须开展全区域农业面源污染综合消减机制和分区立体治理技术的研究。

雄安新区包括白洋淀以北的雄县、容城、安新3县,是党中央国务院设立的继深圳经济特区和上海浦东新区之后的又一具有全国意义的新区,是“千年大计、国家大事”。然而,作为雄安新区水资源的承载体和环境负荷的消纳体,白洋淀地区的地表水富营养化和地下水硝酸盐超标等污染问题、全流域农业面源污染问题却直接影响着淀区乃至雄安新区的水与生态环境安全。

(原载于《中国科学报》 2017-07-17 第6版 院所)

早在“十一五”期间,中科院遗传发育所农业资源研究中心就曾承担国家和中科院多个项目,针对白洋淀流域农业面源污染监测、面源污染形成机制和面源污染阻控技术与示范开展了大量长期的研究。“十三五”伊始,中心作为项目主持单位承担国家重点研发计划项目“农田氮磷淋溶损失污染与防控机制研究”,组织了从事农田氮磷面源污染研究的优势单位15家共同攻关,在白洋淀流域地表水和地下水水环境监测网建立、面源污染形成机制、面源污染阻控技术与示范等方面取得了阶段性进展。

“近年来国家和地方政府通过补水、严控排污标准、控源清淤等多项措施,水质有所好转,但据2015年水质监测结果显示,白洋淀大部分水域水质仍为V类或劣V类,汛期‘死鱼事件’时有发生。”谈到淀区水环境,中科院“百人计划”入选者、农业资源研究中心研究员王仕琴的表情略显沉重。

白洋淀位于海河流域大清河水系的中游,是华北地区最大的淡水浅湖型湿地,具有丰富的水生动植物资源,对调节华北地区气候以及缓洪滞沥、蓄水灌溉,保护生物多样性等有着重要作用。然而,过去几十年,白洋淀水体却多次干涸,水污染严重。

“这一技术与少免耕技术结合,实现了播种施肥一体化,农事操作简便易行,在白洋淀农区具有广阔的应用前景。”中科院“百人计划”入选者、农业资源研究中心研究员马林说。

2016年12月,王仕琴团队通过对白洋淀全区域调查发现,排污河和白洋淀水质较2014年以前显著改善。然而,水质总体状况指标却表明,虽然源头排放水质标准提高,但是沿程受河道底泥释放和面源污染源汇入等影响,沿线至入淀口河水水质变差,白沟引河和府河等污水河沿线和淀区周边以及污灌区地下水总体水质状况显著劣于地表水,地下水硝酸盐浓度偏高。

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