種養一體化農業增效減負示範工程鳥瞰圖
“全鏈條”農田增效減負與清潔生產科技系統
豬糞酒糟混合多級厭氧處理—生物菌肥工藝
本報記者瞿劍
海河流域，我國三大糧食生產基地之一，是我國小麥、玉米、蔬菜、肉類主產區，也是水肥消耗最大的區域之一，在保障糧食安全的同時付出了巨大的資源環境代價。高投入、高消耗、高排放的集約化農業管道，導致農業面源污染成為流域水體污染的主要來源。
“表像在水體，根子在陸域”，國家科技重大專項“十二五”水專項“海河下游多水源灌排互動條件下農業排水污染控制科技集成與流域示範（2015ZX07203-007）課題”負責人、中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員張晴雯表示，削减陸域污染負荷是治理農業面源污染的根本出路。
為了破解糧食剛性需求壓力下農業面源污染治理難題，在國家科技重大專項支撐下，中國農科院環發所牽頭，中國科學院生態環境研究中心、中國環境科學研究院、環境保護部南京環境科學研究所、山東省科學院、環農沃土（北京）高新科技有限公司、濱州市深港環保工程技術有限公司等參加，經過4年多協同攻關，突破了耕層土壤水庫及養分庫擴蓄增容基礎上的農田增效減負等關鍵技術，取得了集“種養一體化農業增效減負科技體系、農村有機廢棄物資源化處置與迴圈利用綜合科技體系、流域退水生態系統聯控與自淨能力提升科技體系”3套關鍵技術體系為一體的“全域綠色種養加及農村糞污資源化迴圈生態鏈”標誌性成果。改變了傳統經濟“資源—產品—廢物排放”線性農業生產模式，形成了農業產業系統中的物質多次、多級、多梯度的迴圈利用模式，使農業生產系統對環境的廢物釋放最少化。
陸域水體統籌聯防：
點線面結合
海河下游多水源灌排互動，點源和面源污染交疊。針對這一特點，課題建立了重點污染源檔案，量化分析點源、面源污染的源强及其時空差异；結合控制單元水環境容量，建立了污染負荷分配體系，提出了農業面源污染負荷分配與削减方案；從點源和面源污染排放的管理措施及削减科技角度，構建了種植—養殖—農村主要污染源空間全覆蓋、“源頭消减、過程控制、末端處理、迴圈利用”等關鍵節點全過程的流域農業面源污染控制科技模式，形成秦臺河流域點源面源污染防治統籌聯防科技思路和流域控制方案。
種植業生產“全鏈條”調控：
全週期、全要素、全過程
在揭示示範區典型農田氮磷流失特徵和作物需肥規律的基礎上，研究形成了以氮磷盈餘為基準的肥料運籌科技、以碳調氮為覈心的土壤庫容擴增科技、水肥鹽協同高效的農田增效減負科技以及基於種養平衡的廢棄物資源化還田科技等，以此為覈心，打造“全鏈條”農田增效減負與清潔生產科技體系。
這一體系圍繞全週期、全要素和全過程，就整個農業生產進行調控。全週期主要從作物整個生育期維持健康生理生化名額進行監控，保障高產優質；全要素綜合碳、氮、水、鹽等關鍵因數，針對水、土、氣、生等生產要素進行綜合和優化，實現減負高效；全過程圍繞整個生產過程，促進產前投入綠色化、產中系統化以及產後資源化，實現清潔生產。整套科技形成了“機理+產品+科技”的系統化農田氮磷面源污染控制科技體系，並在示範工程中進行示範和推廣。
種養一體化：
“三段法”變廢為寶
針對海河流域糧食增產穩產需求壓力下化肥不合理施用以及種養脫節造成的水環境問題，通過結合產業鏈上下游，引入酒糟廢液共發酵，將種植與養殖有機融合，實施了種養一體化農業增效減負示範工程。
通過三段工藝對豬糞酒糟聯合厭氧發酵：A段採用全混合厭氧消化器對豬糞和酒糟進行聯合中溫發酵，能够保障在北方冬季等低溫環境下正常進行發酵產沼氣，降低能源消耗；B段封閉式厭氧塘厭氧穩定，儲存60天使得沼液穩定化；C段接種菌劑，進行氨氮臭味控制和益生菌增殖，製成高品質生物菌肥，用於農作物種植。
構建了全域綠色種養加迴圈生態鏈，覈心示範面積2平方千米，輻射推廣面積45平方千米，養豬規模3萬頭。協力廠商監測結果表明，在作物不減產前提下，示範工程氨氮流失量削减38.51%，硝態氮流失量减少31.19%，總磷流失量减少46.36%，排水中氨氮和總磷濃度一直處於1.5毫克/昇和0.3毫克/昇以下，每公頃節本增效2400元以上。
“廁所革命”最後一公里：
糞污資源化迴圈
海河流域下游農村廁所位置分散，缺少收集設施，已收集糞污缺乏配套的資源化處理科技，導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題。
課題以農村有機廢棄物能源化、資源化、無害化、經濟化為目標和約束條件，在山東省濱州市濱城區中裕高效生態農牧迴圈經濟產業園區以及秦皇臺、楊柳雪等鄉鎮農村，建立了農村有機廢棄物資源化處置與迴圈利用科技集成與示範工程。以農村公廁收集生活污水入手，研發了以負壓收集科技、污水源分離科技為支撐的農村節水無味生態廁所源分離機資源化關鍵技術。以農村戶廁收運生活糞便入手，通過智慧環衛系統，創新車輛管理模式以及點比特統計處理模式，建立了農戶廁所糞便運輸管理體系，將各村鎮收集的糞污經車輛統一運送至糞污集污池，並通過高溫運行工藝有效的殺死糞污帶入的大腸桿菌等污染菌，最終實現糞污無害化和資源化迴圈利用。
示範工程自啟動實施以來，灰水通過檢測符合城鎮汙水處理廠污染物排放1級A回用標準（GB18918-2002），黑水通過檢測符合回用標準符合糞便無害化衛生標準（GB7959-2012）。運行費用每噸水低於0.23元；在改變農村排水模式方面，沖廁耗水减少約84.5%，農村廁所糞尿100%制肥後回田應用。示範工程的實施將可再生能源工程技術和生活廢水收集處理科技綜合配套、優化組合，因地制宜形成農村有機廢棄物資源化處理和迴圈利用模式。
溝渠濕地協同聯控：
消除V類水
針對海河下游秦臺河流域農田灌排設施老化、溝渠建設功能混亂及河岸帶生態功能退化等現狀造成的農業排水溝渠水質污染疊加、農田退水難達標入河等問題，課題研究實施了流域退水生態系統聯控與自淨能力提升示範工程。
位於中裕高效生態農牧迴圈經濟產業園灌排溝渠及秦臺河河岸帶的示範工程，主要示範科技包括退水溝渠水質淨化與生態修復、河岸帶結構優化與退水污染淨化兩套關鍵技術，示範規模7.4千米。通過科技示範，示範工程退水溝渠化學需氧量（COD）、氨氮、總磷的削减率分別為82.6%、38.3%和65.2%，退水回灌率達到94.5%。經協力廠商監測，入河退水溝渠中農田排水COD、氨氮、總磷平均濃度分別為16.86毫克/昇、0.218毫克/昇、0.111毫克/昇，滿足示範工程考核要求。示範工程建立了秦臺河流域農業面源污染控制生態系統科技模式，提高了示範區水生態系統聯控與自淨能力提升的服務功能，為海河下游流域農業面源污染控制與水質改善提供了有力的科技支撐，農業排水水質消除V類和劣V類。
系統解決方案：
變線性模式為迴圈模式
以秦臺河水質提升管理科技體系及評估名額系統為導向，按照清潔生產、種養平衡、生態聯控、區域統籌有機結合的科技思路，從海河下游農田/養殖/農村污染控制—退水溝渠與河岸帶結構與功能優化等層面進行系統控制，構建了全域種養結合及農村糞污資源化迴圈生態產業鏈，與溝渠河岸帶生態聯控有機結合，構建了主要污染源空間全覆蓋、“源頭消减、過程控制、末端處理、迴圈利用”等關鍵節點全過程的流域農業面源污染控制科技模式，並進行示範推廣，構建了20km2的覈心示範區。與基準年相比，示範區入河水質COD、氨氮、總磷污染物的削减率分別為35.9%、33.3%和31.2%，示範區入河水質年平均總濃度滿足海河下游農業面源污染防治的要求。研究成果推動了生態高效、綠色迴圈的閉合式發展，提升了全產業鏈的科技含量，其產業帶基地、基地連農戶的扶貧模式，精准助力了脫貧攻堅和產業振興，為我國的農業綠色生產、生態環境保護和三產融合打造了濱州模範和解決方案。