課題組部分成員

面山徑流收集利用系統(tǒng)

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生態(tài)潭系統(tǒng)

種養(yǎng)結(jié)合零排放示范工程

生態(tài)渠道

仿腎型收集處理系統(tǒng)

寬膜種植+滴灌系統(tǒng)

滇池作為昆明人的母親湖，曾是滇中紅土高原上的一顆明珠。但自上世紀90年代以來，伴隨著滇池流域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，滇池水體污染日趨嚴重，成為我國三大湖泊污染治理的重點之一。農(nóng)業(yè)面源污染具有污染物輸出時空高度隨機、發(fā)生地域高度離散、防控涉及千家萬戶等特點，對其治理是世界性的環(huán)境難題。對污染貢獻高達1/3面源污染進行有效治理，是滇池水污染防治的攻堅克難的關(guān)鍵問題。

2012年，國家水專項“滇池流域農(nóng)田面源污染綜合控制與水源涵養(yǎng)林保護關(guān)鍵技術(shù)及工程示范”(2012ZX07102003)課題獲得立項，在課題組長云南大學(xué)段昌群教授的領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過云南環(huán)境科學(xué)研究院、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)等多家參與單位、160多名科技人員6年來的持續(xù)攻關(guān)，實現(xiàn)了融污染控制、清水機制形成兩大生態(tài)功能提升于一體，在高原湖泊山地環(huán)境問題的化解方面形成一攬子技術(shù)體系，支撐了流域農(nóng)田及面山控污減排的能力顯著提升，發(fā)展了以立體復(fù)合種植與水肥循環(huán)聯(lián)合控污技術(shù)為基礎(chǔ)的污染減負型農(nóng)業(yè)技術(shù)，示范區(qū)農(nóng)田污染物排放總量減少30%以上，農(nóng)村與農(nóng)業(yè)固體廢棄污染物排放量削減25%，面山水源涵養(yǎng)能力提高20%以上，圓滿完成了國家水專項對課題制定的技術(shù)經(jīng)濟任務(wù)，為昆明市農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展及其宏觀決策提供了技術(shù)支撐，為我國高原湖泊在快速城鎮(zhèn)化條件下的面源污染治理提供了科學(xué)借鑒。

課題研發(fā)成果促進了國家重大科技水專項滇池項目的目標實現(xiàn)

課題組系統(tǒng)診斷分析了滇池流域農(nóng)村面源污染的整體特點，掌握了滇池流域面源污染源強和輸移情況的變化特征和基本規(guī)律;以流域的土地利用為主導(dǎo)，以GIS和RS技術(shù)為技術(shù)平臺，建立了以土地利用類型、結(jié)構(gòu)比例、生態(tài)環(huán)境特征為自變量的總氮、總磷面源污染預(yù)測預(yù)報模型;填補了國家重點治理湖泊—滇池流域內(nèi)城市化快速推進、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)急劇變化條件下農(nóng)村面源污染綜合防控缺乏整體數(shù)據(jù)支持的空白;構(gòu)建了以流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最大化與景觀格局優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整為基礎(chǔ)的集分區(qū)控制、過程控制、節(jié)點控制的面源污染削減的技術(shù)路線，形成了流域面源污染綜合防控的系統(tǒng)方案。

經(jīng)過6年的科技攻關(guān)，“滇池流域農(nóng)田面源污染綜合控制與水源涵養(yǎng)林保護關(guān)鍵技術(shù)及工程示范”課題組取得重大突破與進展，主要研究成果包括流域萬畝農(nóng)田面源污染、新型農(nóng)業(yè)面源污染、湖濱退耕區(qū)面源污染、面山水源涵養(yǎng)林保護技術(shù)研發(fā)與滇池流域都市農(nóng)業(yè)發(fā)展與面源污染防控的管理技術(shù)體系的集成。

在“十一五”研究基礎(chǔ)上，進一步剖析了工程示范區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染時空格局、污染源強與輸移情況等污染特點以及經(jīng)濟社會變化特征，按照“預(yù)防優(yōu)先、源頭控制、循環(huán)利用、就地處理”的流域農(nóng)業(yè)面源污染治理理念和“以小流域及匯水區(qū)為治理功能單元”的策略，構(gòu)建了滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染控制與水源涵養(yǎng)林保護的示范工程。通過工程的實施，滇池流域晉寧縣安樂、觀音山與柳壩及大板橋示范區(qū)，污染物CODcr、TN、TP、TSS去除率為35.97%、41.14%、40.31%、51.0%，農(nóng)田氮磷化肥利用率提高6.5%以上，肥料施用量降低31~35%，化學(xué)農(nóng)藥投入量減少42.1%~50.24%，肥料和農(nóng)藥成本投入減少21.5%~45%，農(nóng)業(yè)廢棄物資源化和無害化處理利用率達到92.5%~95%，蔬菜產(chǎn)量提高35~78%;植被覆蓋率提高30.72%，達到了項目要求的環(huán)境、生態(tài)和經(jīng)濟社會效益。

集水控蝕、節(jié)水減肥、蓄廢削污，實現(xiàn)大面積連片、多類型種植業(yè)鑲嵌的農(nóng)田面源污染控減

在深入總結(jié)以前滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染治理經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，課題組在位于滇池南部的柴河流域開展了大面積、連片農(nóng)田面源污染綜合控制研究及工程示范工作。在摸清滇池湖盆區(qū)農(nóng)田面源污染負荷的產(chǎn)生輸移規(guī)律及其主導(dǎo)影響因素的基礎(chǔ)上，采用恢復(fù)生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)的理論和方法，根據(jù)滇池流域連片農(nóng)田的地形、作物布局、灌排系統(tǒng)和面源污染物產(chǎn)生輸移特點，將大面積連片農(nóng)田劃分成不同的小匯水區(qū);以小匯水區(qū)為控制單元分別研發(fā)“集水控蝕、節(jié)水減肥及蓄廢削污”等面源污染削減和控制技術(shù)，分頭實現(xiàn)各小匯水區(qū)內(nèi)農(nóng)田面源污染物源頭削減和輸出過程阻斷及攔截，從而降低連片農(nóng)田面源污染負荷輸出強度，實現(xiàn)了構(gòu)建連片農(nóng)田污染減負的目標。通過科學(xué)診斷分析滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生輸移的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因地制宜地制訂面源污染治理方案，合理整合治理技術(shù)，精心組織項目實施，在“十二五”期間取得了較好的治理效果，并形成了有高原特色的大面積連片、多類型種植業(yè)鑲嵌的農(nóng)田面源污染“一調(diào)、二減、三控”的治理模式。

一調(diào)：調(diào)整農(nóng)田種植布局。滇池壩區(qū)是花卉、蔬菜的主產(chǎn)區(qū)。雖然花卉、蔬菜種植需要施用大量的化肥和農(nóng)藥，也會產(chǎn)生大量的多汁性秸稈(廢棄物)，但不同花卉、蔬菜品種對水、肥的需求存在很大的差異，同時廢棄物的產(chǎn)生量也不同。因此，在示范區(qū)推廣了水肥高效利用的蔬菜、花卉品種的種植，并將高耗水肥花卉、蔬菜品種的連片種植區(qū)調(diào)整到臺梯地區(qū)域，通過結(jié)合滴灌技術(shù)、水肥一體化技術(shù)、寬膜覆蓋技術(shù)和秸稈分散收集處理技術(shù)，從而完成了示范區(qū)農(nóng)田種植布局調(diào)整，減少農(nóng)田面源污染的產(chǎn)生與排放。

二減：減化肥、減農(nóng)藥、減農(nóng)田散雜秸稈。滇池農(nóng)田面源污染物主要是化肥、農(nóng)藥和農(nóng)田散雜秸稈帶來的氮、磷、氨氮等污染負荷，因此，農(nóng)業(yè)面源污染治理的重要手段就是要減少農(nóng)田面源污染負荷的源頭輸入。通過開發(fā)碳基尿素、解磷菌肥等新型肥料，研發(fā)推廣適合當(dāng)?shù)刈魑锾攸c的水肥一體化、寬膜覆蓋和秸稈分散收集處理和農(nóng)業(yè)有害生物綜合防治(IPM)等技術(shù)，建成滇池湖盆區(qū)農(nóng)田減污種植成套技術(shù)體系。

三控：控制農(nóng)田徑流。在科學(xué)分析滇池湖盆區(qū)農(nóng)田面源污染輸移過程及關(guān)鍵控制節(jié)點等基礎(chǔ)上，通過建設(shè)多孔磚砌襯生態(tài)渠道、田間生態(tài)潭和集水窖，構(gòu)建仿腎型收集處理系統(tǒng)等，完善農(nóng)田排水渠網(wǎng)布局，避免暴雨徑流沖刷設(shè)施農(nóng)田土壤，形成有序的農(nóng)田徑流控排渠網(wǎng)體系，減少農(nóng)田面源污染負荷的輸出。

滇池流域萬畝農(nóng)田面源污染控制示范工程既實現(xiàn)了大面積連片農(nóng)田面源污染的控制與治理，優(yōu)化了滇池湖盆區(qū)農(nóng)田種植布局，又提高了農(nóng)田的管理水平，保證了滇池湖盆區(qū)農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，對高原湖盆區(qū)農(nóng)田面源污染治理具有良好的示范作用，為未來在云南高原壩區(qū)大規(guī)模推廣農(nóng)田面源污染綜合控制工程提供了經(jīng)驗和范本。

全攔截、無滲漏、零排放，構(gòu)建滇池流域新型都市農(nóng)業(yè)高集約化循環(huán)農(nóng)業(yè)零排放模式，實現(xiàn)新型都市農(nóng)業(yè)面源污染零排放

針對滇池流域快速城鎮(zhèn)化條件下用地格局變化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級引起的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題，從國家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略目標出發(fā)，從都市農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型減排降污著手，利用云南獨特光溫等氣候生產(chǎn)潛力，重新選擇生態(tài)高值農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展路徑，集水產(chǎn)養(yǎng)殖和植物栽培于一體，以高原特色蔬菜、特色中藥材植物及土著魚類為對象，在滇池柴河流域開展高集約化循環(huán)農(nóng)業(yè)面源污染零排放技術(shù)模式研發(fā)，建成高集約化循環(huán)農(nóng)業(yè)面源污染零排放示范工程。這個示范工程有效地減少農(nóng)業(yè)對土壤的依賴，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)可控，養(yǎng)分和水分處于封閉狀態(tài)且不流失，除植物蒸騰作用的耗水外，不向系統(tǒng)外排放任何污水，生產(chǎn)過程污染物實現(xiàn)零排放，設(shè)施農(nóng)業(yè)的空間利用效率和經(jīng)濟效益(收獲蔬菜、中藥材和水產(chǎn)品)增加，大大提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，轉(zhuǎn)變了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收方式，達到經(jīng)濟效益最大化和環(huán)境污染“全攔截、無滲漏、零排放”的目的。這個示范工程具有生產(chǎn)、生態(tài)、觀賞、科普、休閑和育種等多種功能，兼?zhèn)淇萍己�量高、高集約、高效益、節(jié)水節(jié)肥和零排放等技術(shù)特點，為現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)提供參考模式，適用于快速城鎮(zhèn)化條件下的新型農(nóng)業(yè)園區(qū)。通過構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)動植物新型營養(yǎng)鏈，變廢為寶，使體系內(nèi)的水肥得到循環(huán)利用，實現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合，整個系統(tǒng)生產(chǎn)循環(huán)過程中實現(xiàn)高密度、高收益、節(jié)水節(jié)肥和污染物零排放的目標。

課題組在昆明市晉寧縣建設(shè)了高集約化循環(huán)農(nóng)業(yè)面源污染零排放示范工程1207平方米。通過工程示范，新型都市農(nóng)業(yè)零排放模式實現(xiàn)了體系內(nèi)水肥的循環(huán)利用，系統(tǒng)比農(nóng)民習(xí)慣空間利用率增加為原來的3.05倍;優(yōu)化配置的種養(yǎng)模式不用化肥和農(nóng)藥，比農(nóng)民單純養(yǎng)魚收益增加13.48~15.99萬元/年.hm2。增長3.07倍~3.64倍;養(yǎng)魚水經(jīng)過多層蔬菜營養(yǎng)吸收和生物凈化后，完全可以循環(huán)利用，節(jié)水4倍~5倍;地面及地下環(huán)境污染物達到零排放(蒸騰作用除外)，整個系統(tǒng)生產(chǎn)循環(huán)過程中實現(xiàn)污染物的“全攔截、無滲漏、零排放”。目前課題組已為昆明市10個都市農(nóng)莊提供了模式設(shè)計，將為昆明市“十三五”規(guī)劃建設(shè)的100個都市農(nóng)莊提供參考樣板。

分區(qū)整地、種質(zhì)優(yōu)選、群落構(gòu)建，提出滇池流域湖濱退耕區(qū)面源污染綜合控制策略

湖濱退耕區(qū)由原耕地退耕后形成。由于以前花卉、蔬菜種植歷史，表層土壤中存留了大量的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，隨地表徑流長期緩慢析出。通過整地，結(jié)合景觀需要挖低填高，將退耕區(qū)分成水體和陸域。陸域采取植被覆蓋措施，植被群落結(jié)構(gòu)可采用喬—灌—草、喬—草、灌—草結(jié)構(gòu)等組合。選用當(dāng)?shù)刂参镂锓N為主，通過減少沖刷，降低徑流中的氮磷等污染物輸出濃度。在此基礎(chǔ)上，將徑流排入水體入口。水體采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，適當(dāng)分區(qū)。水體中沉水植物以自然恢復(fù)為主，輔以少量的人工種植措施，避免采用大量的浮葉植物或挺水植物覆蓋水體。徑流通過溝渠塘系統(tǒng)沉淀、吸附和凈化后，再流入湖泊。

水體采用溝渠塘系統(tǒng)工藝，包括沉淀池、潛流池和復(fù)氧池，各區(qū)水深0.5~1米，總停留時間不少于5天，地表徑流盡可能收集排入沉淀池，然后經(jīng)填料池和復(fù)氧池最后排入滇池。沉淀池參考停留時間9小時，以浮葉植物覆蓋水面，溢流出水;填料池參考停留時間78小時，采用公分石填充，淹沒流出水;復(fù)氧池參考停留時間40小時，采用沉水植物恢復(fù)溶解氧，溢流出水。

針對湖濱退耕區(qū)，土壤中殘留氮磷等污染物，通過地表徑流輸出，直接入湖，造成長期的面源污染問題，結(jié)合我國雨季和熱季重疊的氣候特點，綜合考慮環(huán)境、生態(tài)和景觀效果，提出了“整地—陸域流失控制—溝渠塘系統(tǒng)凈化—入湖”為工藝的削減湖濱退耕區(qū)土壤存量污染負荷的生物群落構(gòu)建技術(shù)。

這個技術(shù)不消耗動力，不需要專人管理(濕地管理人員兼管)，每年旱季清理一次溝渠塘系統(tǒng)，清除枯枝落葉和腐敗植物體，即可基本保證正常運行。這個技術(shù)地表徑流中總氮、總磷輸出濃度分別控制在1.4~6.8mg/L、0.4~0.5mg/L，平均凈化效率分別達到63%、51%。

植物涵養(yǎng)吸收、群落過程攔截、關(guān)鍵區(qū)位集中處理，恢復(fù)山地清水產(chǎn)流，實現(xiàn)面山水源涵養(yǎng)功能的提升

滇池流域山地丘陵居多，占流域面積的60%，是維護滇池流域水環(huán)境最直接、最重要的陸地生態(tài)屏障。然而，滇池流域面山區(qū)毀林開荒，植被破壞嚴重，水源涵養(yǎng)能力差;面山墾殖問題突出，農(nóng)業(yè)開發(fā)過度，坡耕地人工經(jīng)濟林、農(nóng)作物種類和種植結(jié)構(gòu)不合理;部分面山區(qū)為石質(zhì)山地、侵蝕陡坡、礦(石)開采及其廢棄地、棄土(渣)場，立地條件差，植被破壞殆盡。導(dǎo)致流域面山區(qū)水土流失嚴重，加劇了滇池流域水環(huán)境的污染。

針對滇池流域面山不同區(qū)域的生態(tài)特點，研究封山育林、次生林與退化林群落優(yōu)化、石質(zhì)山地與侵蝕陡坡植被重建、墾殖區(qū)經(jīng)果林草復(fù)合群落構(gòu)建、“五采區(qū)”及其廢棄地污染控制與生態(tài)重建等關(guān)鍵技術(shù)，通過植物涵養(yǎng)吸收和群落過程攔截，在源頭控制面山區(qū)水土流失;進而以小流域為單元，開展壩渠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及徑流收集利用，在關(guān)鍵區(qū)位集中處理泥沙徑流，恢復(fù)清水產(chǎn)流功能，在源頭上控制面源污染。形成滇池流域面山水源涵養(yǎng)與面源控制的綜合技術(shù)體系和管理方案，有效提升流域面山區(qū)污染控制與清水產(chǎn)流的生態(tài)功能，在典型區(qū)域集中進行技術(shù)集成和系統(tǒng)組裝，通過工程示范建成流域面山污染防控和水源涵養(yǎng)綜合示范區(qū)，恢復(fù)綠水青山，實現(xiàn)面山水源涵養(yǎng)功能的提升20%~30%，面源污染輸出削減30%~50%。

污染源頭監(jiān)控預(yù)警、污染流程模擬分析、減污工程技術(shù)指導(dǎo)、農(nóng)戶種植生產(chǎn)咨詢，構(gòu)建滇池流域都市農(nóng)業(yè)面源污染防控長效管理系統(tǒng)信息平臺，讓群眾直接參與滇池治理、直觀了解治理成效

農(nóng)田面源污染防控具有動態(tài)、隨機、過程長、難度大的特點，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃優(yōu)化，在城鎮(zhèn)一體化快速發(fā)展的新形勢下，面源污染將呈現(xiàn)更多更復(fù)雜的時空變化，增加了農(nóng)業(yè)面源污染治理防控工作的難度。因此，建立一套行之有效的信息平臺，從污染源頭上進行監(jiān)控預(yù)警，在污染流程中進行模擬分析，在減污工程中進行技術(shù)指導(dǎo)，在農(nóng)戶種植上進行生產(chǎn)咨詢，提供全程智能化的綜合服務(wù)。

課題組通過梳理不同農(nóng)業(yè)類型的污染變化特征，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)污染評估指標體系;在此基礎(chǔ)上研發(fā)基于GIS的實用性工程設(shè)計程序與高精度數(shù)值模擬模型的都市滇池流域都市農(nóng)業(yè)面源污染防控長效管理系統(tǒng)信息平臺，主要包括基礎(chǔ)服務(wù)信息集成子系統(tǒng)、專題數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、監(jiān)控預(yù)警管理子系統(tǒng)、模擬評估管理子系統(tǒng)、治污防控管理子系統(tǒng)和生產(chǎn)指導(dǎo)管理子系統(tǒng)六大系統(tǒng)，為不同類型農(nóng)業(yè)面源的最優(yōu)污染防治技術(shù)和控制手段與示范區(qū)的運行管理對策提供功能支撐。

將滇池“十二五”水專項農(nóng)業(yè)面源研究成果與昆明市農(nóng)業(yè)局日常業(yè)務(wù)有機結(jié)合，擴大研究成果的影響和受益面，研究成果將依托昆明市農(nóng)業(yè)局已有的交流平臺，選擇“三農(nóng)通”信息平臺、昆明市農(nóng)業(yè)局微信和昆明農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)三種方式進行推廣。

結(jié)束語

滇池作為我國高原湖泊富營養(yǎng)化污染的代表，多年來是國家重點治理的水體，其農(nóng)村面源污染一直是困擾和影響水環(huán)境質(zhì)量改善的重要控制因素。在國家重大科技水專項的支持下，多家單位經(jīng)過持續(xù)不斷的努力，調(diào)查分析了全流域面源污染特征，經(jīng)過數(shù)據(jù)集成整合分析，掌握了滇池流域農(nóng)村面源污染的數(shù)量特征和時空發(fā)生規(guī)律;針對流域不同發(fā)展情景，預(yù)測分析了面源污染特點，提出了全流域和各區(qū)域農(nóng)村面源污染削減方案;針對流域設(shè)施農(nóng)業(yè)、湖濱退耕區(qū)、富磷區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)等主要面源污染形成區(qū)，研發(fā)形成了徑流控制和面源削污系列技術(shù);以匯水區(qū)為單元，把山—水—林—田—路—溝—渠進行通盤考慮，遴選和組裝20多種面源污染防控技術(shù)，在萬畝農(nóng)田和萬畝山地進行了規(guī)�；�連片示范，取得了面源污染顯著削減、農(nóng)村水土資源利用效率和環(huán)境經(jīng)濟水平顯著提高的良好效果，為滇池流域大規(guī)模系統(tǒng)治污提供了面源防控技術(shù)和方案，為云南高原湖泊水環(huán)境保護治理提供了技術(shù)儲備，服務(wù)了昆明市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為滇池湖泊水體由2012年的劣Ⅴ類到2017年轉(zhuǎn)化為Ⅴ類、實現(xiàn)全湖水環(huán)境企穩(wěn)向好的歷史性轉(zhuǎn)變提供了重要科技支撐，也為云南乃至我國其他類型湖泊的面源污染防控提供了科技示范和成功案例。