基于规模化的农业面源污染治理方法与流程

1.本发明属于农业领域，具体涉及一种基于规模化的农业面源污染治理方法。


背景技术：

2.根据联合国粮农组织统计的数据，我国每年使用化肥6000万吨，农药180万吨，农用化学品消耗占全球份额的30％以上，而我国耕地仅占据全球份额的9％。化肥农药单位面积施用量远超全球平均水平，是农业面源污染的主要来源。在保证粮食安全的同时提高化肥利用效率，一直是实现农业可持续发展的主要目标。为了解决面源污染问题，科学家提出了4r肥料管理措施以提高农田的化肥利用效率，即在正确的时间、通过正确的方法、施用正确类型和数量的肥料。同时，施肥过程中考虑土壤ph值，改善灌溉方式或者利用有机肥替代部分化肥等，这被称为农田最佳管理措施(bmps)，均是用来缓解面源污染的重要手段。利用这些管理措施对中国近百万小农户的生产经营过程进行干预，可以有效地减少15-18％的农田施氮量，提高氮素利用效率(nue)4％左右。然而，上述田块尺度的调控措施往往难以在全球大范围农民的田间管理中落地实施，农田管理的4r和bmps发展已经有几十年的历史，但是在发展中国家，特别是小农经营占主导的国家实施率很低。例如，中国2004年开始引进测土配方技术，但是至今中国大部分地区小农经营的田块并没有真正实现测土配方。探究背后的原因，主要是由于中国的小农经营会导致田块破碎化，不同田块之间的土壤养分状况存在很大的差异，测土配方的实施成本会极其高昂，推广的经济和环境收益不高。因此，在现有的科学技术实施效率低，缓解面源问题效果甚微的基础上，探究可行的方法来提高农田的化肥利用效率，降低化肥向环境的流失以缓解农业面源污染，是全球实现农业生产可持续的关键。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于提供了一种基于规模化的农业面源污染治理方法，该方法可以突破现有技术无法落地的障碍，保证农业产量的同时减少化肥施用，有效提高农田的化肥利用效率，降低化肥向环境的流失，缓解农业面源污染。为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：
4.一种基于规模化的农业面源污染治理方法，包含以下两个步骤：
5.步骤(一)：引导农业适度规模经营；
6.步骤(二)：重构种植业与养殖业的关系，使得养殖业产生的有机肥得以循环利用。
7.农地规模在农业可持续发展进程中发挥着重要作用。一方面，扩大农地规模对农业的经济效率、技术效率和劳动效率产生正向影响。另一方面，大规模农地相比小规模农地具有更多的环境效益。一般来说，农地规模增加会导致除草剂和农药使用量减少，化肥使用量减少。因此与小规模农地相比，大规模农地会含有更高的土壤有机碳，以及较少的少二氧化碳排放。这背后的作用机制可能是由于大农和小农有不同的投入偏好。另外，我们还从历史发展的角度分析了农地规模对中国农业发展的影响，并结合发达国家农业发展的经验，
提出扩大经营规模是实现农业生产现代化和确保可持续粮食生产的关键途径。
8.为了进一步证明我们的理论，我们通过调研中国逾2万农户，发现农业经营规模过小、农田破碎化是中国单位面积化学品施用量居高不下的重要因素。随着农户经营面积的增加，每公顷化肥和农药施用量呈显著下降趋势。土地规模是承载技术的平台，只有土地规模超过一定阈值，兼业的农民升级为专业化的农业经营户，农业“减肥”技术才能落地。从这个意义上而言，通过引导农业适度规模化，可能是减缓面源污染的关键点。目前，我国实施的农地流转政策和城镇化政策，虽然都不是直接为降低农用化学品的施用量而设计的，但它们客观上将促进户均农业经营用地扩大，对农地减“肥”产生显著的积极影响。若能将农地流转政策和城镇化政策与农业部正在推行的农药、化肥两个“零增长”计划有机结合起来，势必能进一步改善因化肥农药滥用导致的农业面源污染问题。
9.究竟为什么小农户反而成了施肥“大户”，这与技术的落地成本有关。与农用机械、灌溉设施等农业技术相似，学习“减肥”知识技术是一种固定投入，随着农地规模的增加变化不大。因此，对一些小农户而言，为了小规模农地而投入大量固定成本是“不划算”的。目前，国内大力推行的“4r原则”、测土配方，也因此难以调动小农户的学习和应用积极性。本成果进一步发现，兼业经营是中国农村的一种普遍现象。尤其是青壮年农村人口，如果家中经营的农地规模很小，往往一年中大量时间都在城镇中工作，短暂几天回到农村劳动，倾向于“一炮轰”式施肥方法。本成果的量化分析表明，在当前城乡收入差距下户均18亩是农地规模化的临界值。只有耕作面积超过临界值，农民才觉得专心农业劳动比进城打工更为赚钱。目前中国农村户均耕地面积是6-8亩，远低于欧美发达国家，也低于同等发展水平的国家，造成兼业农户拒绝专业减“肥”的现象。如果我国的农地经营规模能够像欧美国家那样在市场机制调节下随着经济社会的发展而逐步扩大，那么我们的化肥和农药施用量会分别降低1/3和50％，化肥的流失量会降低一半以上，而粮食产量几乎不发生变化，农民的收入也会增加一倍。
10.另外，在适度规模经营的基础上，我们还可以通过重构种养关系以减缓面源污染。我们发现从农业生产角度，基于当前趋势，我国畜禽粪便排放量将持续增长。在国家尺度上，我们发现2030年我国畜禽养殖所排泄粪氮量仍在农田可消纳的范围内，但各省之间的差异很大。在农作物需氮量一半由化肥供给一半由粪肥供给的情况下，将有超过三分之二的省份的畜禽粪氮产生量大于其省内耕地对粪氮的承载力。此外，从畜禽饲料省内供给的角度，我国饲料缺口较大，将有一半的饲料氮需靠进口来满足。因而，按照区域内作物养分需求和饲料供给来优化畜禽养殖业生产布局是实现我国畜牧业绿色转型的一个关键环节。我国第一次污染普查数据显示，我国畜禽粪氮养分还田率仅有30％—50％，其余超过一半的粪氮在粪便收集，储存，堆肥和施用过程中以nh3、n2o和n2的形式损失到环境中引起水体富营养化和空气质量下降。因而，在以地定养、优化畜牧业生产布局的基础上，改善粪便产生和施用过程管理，减少粪便养分流失是重建耕地与畜牧业联系的第二个关键环节。参照中国居民膳食指南，适合中国人的动物源产品的饮食比例约为40％，而我国当前人均动物源产品摄入量和摄入比例显著高于中华营养学会推荐值，特别是在东部发达地区居民动物源产品摄入比例已经超过60％，过多的动物源产品摄入会导致肥胖、心脑血管等方面的问题，而这意味着巨大的健康成本。我们发现，从居民饮食消费的角度，按照优化的饮食结构(中国居民膳食指南推荐量)来引导畜牧业生产总量和居民消费量，畜禽养殖可以减少粪氮
排放，这不仅有利于粮食安全和人类健康，还有助于缓解农业面源污染。
附图说明
11.图1本发明基于规模化的农业面源污染治理方案。左侧表示当前占主导地位的传统生产系统，主要由小农经营，种植业和养殖业脱钩，化肥流失和粪便流失严重。右侧表示调整后的生产系统，种植业和养殖业均实现了规模化经营，并且二者耦合实现了高养分回收利用率，降低了环境污染。图中箭头的粗细，代表数据量的大小。
具体实施方式
12.本发明的技术方案主要包含以下几个步骤。
13.步骤一：完善的土地流转制度，促进和保障农地流转，引导农业适度规模经营规模，化肥农药过施现象自然可以得到缓解。
14.步骤二：深化户籍制度改革、推行公共服务均等化，这会让想要进入城市的农民工真正融入城市，想留在农村的农民从事规模化的农业和养殖业生产，推进农业现代化。
15.步骤三：在农场规模化经营的基础上，可以在农场内部建立一个种植业-养殖业耦合的一体化农业生产系统，使得养殖业产生的有机肥可以在农场内循环利用。例如，通过畜禽粪便的厌氧封闭系统来重建沼气生产以提供生活能源，同时利用封闭的发酵罐或者粪尿储存罐来存放粪便，在粪便腐熟之后再通过液体有机肥的形式进行还田，这样可以有效地保障有机肥中的养分不会流失，实现粪便的循环利用，减少化肥施用。
16.步骤四：对于专业的种植户和养殖户，通过政策引导，在空间尺度上可以实现种植业和养殖业农场的分布匹配，即种植业和养殖业农场分布在合理的距离范围内。这可以重建农田和畜禽养殖之间的联系，从而使养殖业产生的粪肥在低运输和施用成本中得以循环利用，实现农田-养殖系统整体的化肥利用效率和养分的循环利用率。