建立首個(gè)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實(shí)驗(yàn)室的思考

章力建，張星聯(lián)

（中國(guó)農(nóng)科院，北京 100081）

建立首個(gè)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實(shí)驗(yàn)室的思考

章力建，張星聯(lián)

（中國(guó)農(nóng)科院，北京 100081）

污染與防控機(jī)理研究是農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境中水、土、氣立體污染綜合防控工作的重要基礎(chǔ)。建立首個(gè)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實(shí)驗(yàn)室，不僅對(duì)當(dāng)前生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀中大氣、土壤、水體污染綜合防控的科研、科普、科教及示范推廣工作起到重要的作用，更為有關(guān)部門(mén)制定水、土、氣立體污染綜合防控政策措施提供有益的參考數(shù)據(jù)和資料。

污染與防控機(jī)理研究；立體污染綜合防控；模擬實(shí)驗(yàn)室

為貫徹落實(shí)十八屆五中全會(huì)關(guān)于“要在重點(diǎn)地區(qū)有針對(duì)性地采取措施，加強(qiáng)對(duì)大氣、水、土壤等突出污染問(wèn)題的治理，集中力量打攻堅(jiān)戰(zhàn)，讓人民群眾看到希望”的指示精神，以及中央農(nóng)村工作會(huì)議關(guān)于“要著力加強(qiáng)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，提高農(nóng)業(yè)供給體系質(zhì)量和效率”的要求，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境中水、土、氣立體污染綜合防控成為當(dāng)前保障農(nóng)產(chǎn)品有效供應(yīng)和質(zhì)量安全的重要工作之一。

其中，污染與防控機(jī)理研究是重要基礎(chǔ)，建立首個(gè)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實(shí)驗(yàn)室，是目前該研究領(lǐng)域的戰(zhàn)略選擇。這不僅對(duì)當(dāng)前生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀中大氣、土壤、水體污染綜合防控的科研、科普、科教及示范推廣工作起到重要的作用，更重要的是，為有關(guān)部門(mén)制定水、土、氣立體污染綜合防控政策措施提供有益的參考數(shù)據(jù)和資料，為我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展作出創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。

1 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境立體污染綜合防控研究進(jìn)展

新中國(guó)成立以來(lái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了巨大成就。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境的影響越來(lái)越嚴(yán)重。由于傳統(tǒng)污染控制思路難以解決產(chǎn)地水體—土壤—大氣—生物各界面間立體交叉的復(fù)雜污染問(wèn)題，需用系統(tǒng)工程理論，開(kāi)展多學(xué)科、跨領(lǐng)域交叉研究，尤其是模擬實(shí)驗(yàn)研究，綜合防控污染。為此，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的一批專家經(jīng)過(guò)多年多學(xué)科跨領(lǐng)域的研究，于2004年發(fā)現(xiàn)并首次提出農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控概念。

從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)來(lái)看，農(nóng)業(yè)立體污染綜合防控研究是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部引發(fā)（污染源）和外部導(dǎo)入（污染匯）所產(chǎn)生的綜合結(jié)果，即因不合理的農(nóng)藥化肥施用、畜禽糞便排放、農(nóng)田廢棄物處置、耕種措施以及工業(yè)、生活廢棄物處理不當(dāng)及其農(nóng)業(yè)利用等造成農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水、土、氣等各界面受損的現(xiàn)象。農(nóng)業(yè)污染過(guò)程是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)一種受損的過(guò)程，主要是通過(guò)各界面間（或界面內(nèi)）污染物相互轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化、累積或復(fù)合，形成多維（多途徑）的、跨時(shí)空的、交叉或循環(huán)式污染現(xiàn)象。系統(tǒng)化開(kāi)展農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染防控科學(xué)基礎(chǔ)研究，加速農(nóng)業(yè)“源”、“匯”污染發(fā)生和演變規(guī)律研究，系統(tǒng)探索污染物循環(huán)鏈運(yùn)行過(guò)程，彌補(bǔ)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)污染防控研究中的缺陷，預(yù)測(cè)和評(píng)估未來(lái)水、土、氣立體污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境的影響，已成為保障食品安全、生態(tài)環(huán)境安全及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。因此，建立農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實(shí)驗(yàn)室，已成為當(dāng)前該領(lǐng)域研究的必然選擇。

該研究領(lǐng)域得到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的共識(shí)和社會(huì)關(guān)注，國(guó)際上，荷蘭、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、韓國(guó)等10多個(gè)國(guó)家大學(xué)及科研單位專家教授和歐盟、UNEP、UNDP、FAO等相關(guān)國(guó)際組織都對(duì)“農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境立體污染綜合防控研究”表示了高度贊賞與認(rèn)同，單邊、雙邊和多邊相關(guān)主題、不同形式的國(guó)際合作交流已達(dá)100次，特別是荷蘭著名的Groningen大學(xué)還成立相似研究機(jī)構(gòu)。2005年《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》中英文版發(fā)表專題文章“農(nóng)業(yè)立體污染及其防治研究探討”。2005年5月，在多位院士支持和10余個(gè)研究所（院、中心）科研人員參與下，成立了“中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治與產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量研究中心”。

1.1 科研創(chuàng)新條件和平臺(tái)初具規(guī)模

2005年成立“中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治與產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量研究中心”后，相繼在寧夏和上海成立了分中心，建立了“農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治測(cè)試分析中心和信息中心”，在黃河流域、長(zhǎng)江與珠江三角洲初步完成了全國(guó)九大“農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治試驗(yàn)站（基地）”布局與建設(shè)。2007年創(chuàng)建了科技部“農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治科技創(chuàng)新門(mén)戶網(wǎng)站”，2011年成立了“農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)測(cè)中心”，初步形成了“農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治研究與產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量”研究平臺(tái)。

1.2 項(xiàng)目獲取、孵化和帶動(dòng)成效顯著

“中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治與產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量研究中心”共獲相關(guān)國(guó)際組織（UNEP、UNDP、FAO等）和中荷、中美、中英、中德、中日、中韓等多邊和雙邊國(guó)際合作項(xiàng)目10余項(xiàng)，財(cái)政部、科技部、農(nóng)業(yè)部、環(huán)保部等各大部委有關(guān)重大項(xiàng)目8項(xiàng)，累計(jì)完成各類科研任務(wù)100多項(xiàng)，直接有關(guān)項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)約1億元，培育、孵化了有關(guān)重大國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)環(huán)保項(xiàng)目10多項(xiàng)，累計(jì)項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)超過(guò)10億元左右。以“源頭阻斷—過(guò)程控制—末端治理”為代表的一系列立體污染綜合防控研究理念，影響并推動(dòng)了一批環(huán)?？蒲许?xiàng)目研究模式的轉(zhuǎn)變和發(fā)展。

1.3 科研成果初步顯現(xiàn)

沿生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)地環(huán)境和環(huán)境經(jīng)濟(jì)管理3條主線展開(kāi)的農(nóng)業(yè)立體污染綜合防控研究與產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量研究與科研平臺(tái)建設(shè)，經(jīng)過(guò)多年努力，取得了一大批科技成果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，出版了有關(guān)專著20余部，在核心期刊發(fā)表論文200余篇，其中SCI論文40余篇，獲得科技成果獎(jiǎng)4項(xiàng)左右、專利8個(gè)，為各大部委撰寫(xiě)重要規(guī)劃10余個(gè)，同時(shí)，為上級(jí)部門(mén)和領(lǐng)導(dǎo)撰寫(xiě)政策建議20余份。

2007年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研人員開(kāi)始撰寫(xiě)并于2010年10月出版專著《立體污染綜合防治——農(nóng)業(yè)卷》，對(duì)于充分利用農(nóng)業(yè)自凈生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)凈化能力，從理論與方法上全面開(kāi)創(chuàng)了農(nóng)業(yè)污染防治的新思路。2013年《農(nóng)業(yè)立體污染綜合防治理論與實(shí)踐·江河流域與平原卷》正式出版，該書(shū)首度提出了區(qū)域治理農(nóng)業(yè)立體污染模式的概念，以我國(guó)重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的平原與江河流域農(nóng)區(qū)為重點(diǎn)研究對(duì)象，從區(qū)域典型主要污染物入手，從農(nóng)田農(nóng)業(yè)立體污染發(fā)生、發(fā)展和區(qū)域特征出發(fā)，圍繞農(nóng)業(yè)立體污染鏈全程防控這一主線，研究了水體—土壤—生物—大氣系統(tǒng)中污染物阻斷技術(shù)、遷移轉(zhuǎn)化控制技術(shù)等高新技術(shù)。2016年1月10日，召開(kāi)了“新時(shí)期農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染防治與綠色增產(chǎn)增效集成技術(shù)示范工程”專家論證會(huì)，會(huì)上對(duì)有關(guān)科研人員10年來(lái)在該領(lǐng)域的研究工作中作出的成績(jī)給予了很高的評(píng)價(jià)。

2 關(guān)于建立首個(gè)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控模擬實(shí)驗(yàn)室的思考

總體思路為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地（水、土、氣）立體污染綜合防控的機(jī)理研究及其示范推廣工作，具體包括：①搭建平臺(tái)；②樹(shù)立品牌；③盤(pán)活存量；④聚集資源；⑤謀劃增量；⑥創(chuàng)新機(jī)制；⑦加強(qiáng)研發(fā)；⑧補(bǔ)齊短板；⑨措施保障；⑩分期實(shí)施。

2.1 科研模式

針對(duì)污染物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的來(lái)源與立體化釋放機(jī)制、污染物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的立體化形成過(guò)程機(jī)制以及立體污染對(duì)產(chǎn)地生態(tài)系統(tǒng)的作用機(jī)制等主要關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，建議在3個(gè)層面重點(diǎn)研究。

2.1.1 基礎(chǔ)學(xué)科

圍繞農(nóng)業(yè)立體污染發(fā)生演變特征、成因和調(diào)控農(nóng)業(yè)立體污染的機(jī)理等主要科學(xué)問(wèn)題，利用物質(zhì)守恒定律、生態(tài)循環(huán)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等理論，系統(tǒng)地闡明污染物的產(chǎn)生、污染物的轉(zhuǎn)化及遷移、污染物富集及降解等演變規(guī)律。重點(diǎn)開(kāi)展界面內(nèi)污染物立體化溯源識(shí)別與高分辨記錄指紋界定、水土氣生(SPAW)系統(tǒng)污染鏈的形成過(guò)程與作用機(jī)制和不同農(nóng)藝措施下農(nóng)業(yè)立體污染鏈流量與去向調(diào)控方面的研究。

2.1.2 應(yīng)用基礎(chǔ)

通過(guò)控制整個(gè)農(nóng)業(yè)立體污染的循環(huán)鏈，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)“整體—協(xié)調(diào)—循環(huán)—再生”的管理，研究農(nóng)業(yè)立體污染監(jiān)測(cè)方法、綜合防控技術(shù)與調(diào)控措施。以主要產(chǎn)地投入物、生產(chǎn)過(guò)程控制為重點(diǎn)研究對(duì)象，開(kāi)展界面內(nèi)污染物立體化溯源識(shí)別與界面間交叉?zhèn)鬏敱O(jiān)測(cè)、土生氣水（SPAW）系統(tǒng)立體污染演變規(guī)律和主要農(nóng)業(yè)污染物立體化系統(tǒng)控制與優(yōu)化管理模式3個(gè)方面的研究。

2.1.3 模擬研究

通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染模擬系統(tǒng)建設(shè)和干預(yù)或調(diào)控生產(chǎn)過(guò)程，模擬研究農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境容量、閾值及自潔功能，為模擬多源污染發(fā)生與控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)地質(zhì)量偏途臨界值確定與立體污染的環(huán)境安全容量研究和主要農(nóng)業(yè)污染物立體污染發(fā)生機(jī)理與動(dòng)力學(xué)模擬研究。

2.2 創(chuàng)新模式

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控模擬研究在原始創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，把集成創(chuàng)新作為戰(zhàn)略突破口。一是針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控研究工作中的重大科技需求，集中科技資源，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)新。二是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)、資金、市場(chǎng)和人才等資源集成，不斷優(yōu)化創(chuàng)新資源配置，夯實(shí)創(chuàng)新基礎(chǔ)。三是優(yōu)化集成創(chuàng)新的組織機(jī)制，提高創(chuàng)新效率。

2.3 投入模式

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控模擬研究的高效投入機(jī)制應(yīng)體現(xiàn)在開(kāi)源、節(jié)流與挖潛3個(gè)方面：一是開(kāi)源，主要是改善資金籌集環(huán)境，開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)、國(guó)際兩大資源。二是節(jié)流，主要是克服體制性障礙，建立科研資金高效運(yùn)作機(jī)制。三是挖潛，主要是構(gòu)建全方位共享平臺(tái)，挖掘科研投入存量潛力。

2.4 發(fā)展模式

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控模擬研究應(yīng)設(shè)立科研專項(xiàng)，設(shè)計(jì)學(xué)科發(fā)展規(guī)劃，培育重點(diǎn)研究領(lǐng)域，創(chuàng)建國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)污染立體防控科技創(chuàng)新條件，在農(nóng)業(yè)立體（水—土—?dú)狻┪廴揪C合防控、立體監(jiān)測(cè)、信息集散、科技創(chuàng)新、技術(shù)示范與產(chǎn)業(yè)化等層面，形成綜合科技支撐能力，為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的有效供應(yīng)和質(zhì)量安全作出貢獻(xiàn)。

2.4.1 技術(shù)路線方面

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控模擬研究繼續(xù)強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是復(fù)雜的生態(tài)大系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)污染是復(fù)雜的復(fù)合污染，其防控是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。只有通過(guò)控制整個(gè)立體污染綜合防控研究的循環(huán)鏈，打斷農(nóng)業(yè)污染的往復(fù)循環(huán)和互為因果的各個(gè)環(huán)節(jié)，即采用源頭阻控、過(guò)程阻斷和末端治理的綜合治理思路，才能從根本上解決農(nóng)業(yè)污染問(wèn)題。

2.4.2 方法體系方面

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控模擬研究遵循生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)與農(nóng)業(yè)資源利用等學(xué)科的原理與方法，構(gòu)建我國(guó)農(nóng)業(yè)立體污染綜合防控研究監(jiān)測(cè)與信息網(wǎng)絡(luò)，摸清農(nóng)業(yè)立體污染綜合防控研究的底數(shù)，建立農(nóng)業(yè)立體污染綜合防控平臺(tái)，整合我國(guó)農(nóng)業(yè)污染防控資源，篩選出關(guān)鍵防控技術(shù)，進(jìn)行農(nóng)業(yè)污染的綜合防控。

2.4.3 大數(shù)據(jù)方面

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)發(fā)展迅猛，為信息化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的“兩化融合”，包括農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控全程信息化監(jiān)控提供了前所未有的創(chuàng)新發(fā)展機(jī)遇。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染防控云服務(wù)與決策支持平臺(tái)是利用傳感物聯(lián)信息采集、云計(jì)算大數(shù)據(jù)信息處理、智能決策支持等最新信息技術(shù)，全面、系統(tǒng)和及時(shí)地對(duì)農(nóng)業(yè)立體污染進(jìn)行全程、立體監(jiān)測(cè)，及時(shí)有效地獲取農(nóng)業(yè)立體污染全息信息，同時(shí)融合相關(guān)農(nóng)業(yè)農(nóng)情和氣象信息，形成農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地立體污染綜合防控大數(shù)據(jù)，并進(jìn)行科學(xué)高效的分析處理。

1005-2690（2016）10-0052-03

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2016-09-01）