劉兆輝：吹響環境友好農業的號角

無論是在阡陌交錯的沖積平原，還是在錯落有致的山地丘陵，抑或在條帶清晰的鹽堿洼地，活躍著這樣一支隊伍，他們致力于打造環境友好農業。

劉兆輝（中）與同事們在一起

多年來，山東省農科院副院長劉兆輝的足跡遍布齊魯大地，他帶領團隊成員投身農業環境工程，開展環境友好型肥料和土壤污染防控與改良利用等研究，并取得不俗的成績。他們的工作，在山東省農業面源污染學術與技術方面處于開創地位。

“我國農業取得舉世矚目的成就，也付出了沉重的資源環境代價，人多地少條件下的糧食安全、菜籃子工程等保障性產出要求對農業環境保護提出了更高的要求。”劉兆輝在接受《中國科學報》記者采訪時說，“因此，加快農業面源污染防控和治理，刻不容緩。”

治理農業面源污染

隨著社會經濟的發展，面源污染所造成的地表水污染問題越來越顯著。據統計，全球約有30%～50%的地表水體受到面源污染的影響。而農業面源污染是水體污染物質的主要來源，調查結果顯示，全世界每年有300萬～400萬噸磷從土壤遷移到水體中。

面源污染也稱非點源污染，是指溶解和固體的污染物從非特定地點，在降水或融雪的沖刷作用下，通過徑流過程而匯入受納水體（包括河流、湖泊、水庫和海灣等）并引起有機污染、水體富營養化或有毒有害等其他形式的污染。

我國第一次全國污染源普查公報顯示，2007年通過農業面源污染排放的總氮為270.46萬噸，總磷為28.47萬噸，分別占同期全國排放的57.19%和67.27%。調查表明，農業面源污染即將成為我國流域污染的主要因素。

一直以來，政府高度重視農業面源污染防控。《中華人民共和國清潔生產促進法》2012年修改通過，規定“農業生產者應當科學地使用化肥、農藥、農用薄膜和飼料添加劑，改進種植和養殖技術，實現農產品的優質、無害和農業生產廢物的資源化，防止農業環境污染”。2013年11月國務院總理李克強簽署國務院令，公布《畜禽規模養殖污染防治條例》，要求向環境排放經過處理的畜禽養殖廢棄物，應當符合國家和地方規定的污染物排放標準和總量控制指標。

“農業面源污染防控應抓好源頭控制、過程阻斷和末端治理。”劉兆輝說。未來我國農業面源污染治理將全面推行系統控制與區域治理結合、技術研發與工程示范結合、面源污染控制與管理結合及建立健全國家級農業面源污染監測評價與預警體系等措施，加大面源污染的源頭控制和過程阻斷，減少末端治理的壓力。

“十一五”期間，劉兆輝團隊在面源污染防控領域主持近20項科技支撐項目，研究明確了我國北方集約農區面源主要污染物的來源，建立了農業面源污染數據庫，初步探明了山東省主要作物不同種植模式農業面源發生的規律，對農業面源污染進行了評估，為深入研究預警預報系統奠定基礎。

同時，該研究組提出了防控農業面源污染的主要農作物養分綜合管理技術，一年兩季農作物秸稈直接還田利用技術，構建了山東省主要作物種植過程中農業面源污染阻控技術體系。

另外，劉兆輝指出，“我們還明確了我國北方集約農區土壤氮、磷、重金屬和其他污染物的閾值，形成肥料和其他農業投入品的限量指標，為農業安全種植提供技術依托。”

為肥料插上環保的翅膀

“從用量上來講，我國的肥料施用量在世界上是比較大的，氮肥用量約占全世界總量的1/3。”劉兆輝提到，“我國土地相對而言并不是很肥沃，有機質含量較低，因此化肥需求量也相對較大。而化肥的用法或者用量不合適，就造成污染。”

提高化肥利用率的最有效途徑之一是應用緩/控釋肥料，降低養分損失。但劉兆輝指出，由于目前所用包膜材料多為價格昂貴的高分子聚合物，生產工藝大部分采用流化床包衣等，致使其價格是常規肥料的2~4倍，難以在大田作物上應用。

此外，高分子聚合物包膜材料在土壤中的殘留可能會造成二次污染，因此只有開發無污染型包膜材料和低成本生產設備及工藝，才能促進緩/控釋肥料廣泛應用。

另一個提高肥料利用率的途徑則是推廣應用微生物肥料，活化土壤中固定的養分，提高養分有效性。目前可供利用的高效菌株以及微生物肥料吸附劑缺乏，限制了微生物肥料的大規模應用。

“緩/控釋肥技術最早是從國外引進的，這些肥料大部分采用了聚乙烯等高分子材料包膜，這些化合物在土壤中長期使用會造成污染，所以我們就想開發一些新材料，找一些比較容易降解的化合物生產緩/控釋肥。”他說。

于是，劉兆輝帶領團隊刻苦攻關，開發出無殘留低成本緩/控釋肥包膜材料。以鎂鋅氧化物、纖維素、水溶性聚合物為基礎原料制成的緩/控釋肥料包膜劑成本低且無污染，價格是國外和國內常用包膜劑的約30%~40%。

“我們的包膜是按作物分類專用的，不同作物采用不同的包膜材料，不僅降低成本，還能環保。例如，玉米采用腐殖酸包膜，腐殖酸本身就是肥料，能反應形成腐殖酸尿素等，這樣就幾乎沒有成本。”他說。

此外，劉兆輝帶領同事發明了緩/控釋肥、有機肥和螯合肥生產節能降耗減排新工藝，并推出了肥料生產核心設備。緩/控釋肥轉鼓涂布連續生產工藝的生產成本是傳統流化床工藝的25%左右；處理畜禽糞便和秸稈物料的二段好氧發酵工藝的發酵時間比傳統工藝縮短25%~50%，發酵物既可作為微生物肥料吸附劑，也可用于制作有機肥；螯合肥自結晶免烘干工藝，生產每噸產品可節約烘干能耗120公斤標準煤。

2010年，“新型環保復混肥和有機肥的制備技術與應用”讓劉兆輝站在了國家技術發明獎二等獎項的領獎臺上。“環境友好性肥料的創制與應用”也于同年獲得山東省技術發明一等獎。相關項目迄今已獲授權ZL32項，其中國家發明ZL28項、實用新型ZL4項、審批待授權美國ZL2項。

減量簡施

俗話說：“莊稼一枝花，全靠肥當家。”但劉兆輝要做的卻恰恰相反，他的目標是肥料減量不減產。

劉兆輝帶領團隊經過十幾年的努力，在項目組發明的作物專用型緩/控釋肥基礎上，研究相應的農機農藝配套技術，進行了幾百個田間試驗，基本解決了小麥、玉米和水稻三大糧食作物一次性施肥難題，實現了小麥、玉米播種和水稻插秧時一次施肥不追肥的簡化施肥。在氮肥減量20%的情況下，作物的產量保持穩定或少量增加，每畝直接經濟效益增加50元以上，提高了化肥利用效率，減少污染。

以小麥為例，研究人員對比了小麥播種一次性施用（CRF），與農民習慣施肥（FP）及優化施肥（OPT）。結果表明，減量施用控釋氮肥使小麥群體及產量構成因素整體表現優于FP和OPT處理。而且CRF處理能保證小麥穩產，單位面積較FP處理增收66.8元，其氮素回收率和氮偏生產力較FP處理分別提高19.7％和34.3％。另外，CRF處理各深度土層硝態氮含量均低于OPT和FP處理，極大降低硝態氮向土壤深層次淋溶的風險。“在小麥上減量使用控釋氮肥具有簡化生產環節、節本增收、提高氮養分利用和減少環境污染等優勢。”劉兆輝說。