刘兆辉：吹响环境友好农业的号角

无论是在阡陌交错的冲积平原，还是在错落有致的山地丘陵，抑或在条带清晰的盐碱洼地，活跃着这样一支队伍，他们致力于打造环境友好农业。

刘兆辉（中）与同事们在一起

多年来，山东省农科院副院长刘兆辉的足迹遍布齐鲁大地，他带领团队成员投身农业环境工程，开展环境友好型肥料和土壤污染防控与改良利用等研究，并取得不俗的成绩。他们的工作，在山东省农业面源污染学术与技术方面处于开创地位。

“我国农业取得举世瞩目的成就，也付出了沉重的资源环境代价，人多地少条件下的粮食安全、菜篮子工程等保障性产出要求对农业环境保护提出了更高的要求。”刘兆辉在接受《中国科学报》记者采访时说，“因此，加快农业面源污染防控和治理，刻不容缓。”

治理农业面源污染

随着社会经济的发展，面源污染所造成的地表水污染问题越来越显著。据统计，全球约有30%～50%的地表水体受到面源污染的影响。而农业面源污染是水体污染物质的主要来源，调查结果显示，全世界每年有300万～400万吨磷从土壤迁移到水体中。

面源污染也称非点源污染，是指溶解和固体的污染物从非特定地点，在降水或融雪的冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起有机污染、水体富营养化或有毒有害等其他形式的污染。

我国第一次全国污染源普查公报显示，2007年通过农业面源污染排放的总氮为270.46万吨，总磷为28.47万吨，分别占同期全国排放的57.19%和67.27%。调查表明，农业面源污染即将成为我国流域污染的主要因素。

一直以来，政府高度重视农业面源污染防控。《中华人民共和国清洁生产促进法》2012年修改通过，规定“农业生产者应当科学地使用化肥、农药、农用薄膜和饲料添加剂，改进种植和养殖技术，实现农产品的优质、无害和农业生产废物的资源化，防止农业环境污染”。2013年11月国务院总理李克强签署国务院令，公布《畜禽规模养殖污染防治条例》，要求向环境排放经过处理的畜禽养殖废弃物，应当符合国家和地方规定的污染物排放标准和总量控制指标。

“农业面源污染防控应抓好源头控制、过程阻断和末端治理。”刘兆辉说。未来我国农业面源污染治理将全面推行系统控制与区域治理结合、技术研发与工程示范结合、面源污染控制与管理结合及建立健全国家级农业面源污染监测评价与预警体系等措施，加大面源污染的源头控制和过程阻断，减少末端治理的压力。

“十一五”期间，刘兆辉团队在面源污染防控领域主持近20项科技支撑项目，研究明确了我国北方集约农区面源主要污染物的来源，建立了农业面源污染数据库，初步探明了山东省主要作物不同种植模式农业面源发生的规律，对农业面源污染进行了评估，为深入研究预警预报系统奠定基础。

同时，该研究组提出了防控农业面源污染的主要农作物养分综合管理技术，一年两季农作物秸秆直接还田利用技术，构建了山东省主要作物种植过程中农业面源污染阻控技术体系。

另外，刘兆辉指出，“我们还明确了我国北方集约农区土壤氮、磷、重金属和其他污染物的阈值，形成肥料和其他农业投入品的限量指标，为农业安全种植提供技术依托。”

为肥料插上环保的翅膀

“从用量上来讲，我国的肥料施用量在世界上是比较大的，氮肥用量约占全世界总量的1/3。”刘兆辉提到，“我国土地相对而言并不是很肥沃，有机质含量较低，因此化肥需求量也相对较大。而化肥的用法或者用量不合适，就造成污染。”

提高化肥利用率的最有效途径之一是应用缓/控释肥料，降低养分损失。但刘兆辉指出，由于目前所用包膜材料多为价格昂贵的高分子聚合物，生产工艺大部分采用流化床包衣等，致使其价格是常规肥料的2~4倍，难以在大田作物上应用。

此外，高分子聚合物包膜材料在土壤中的残留可能会造成二次污染，因此只有开发无污染型包膜材料和低成本生产设备及工艺，才能促进缓/控释肥料广泛应用。

另一个提高肥料利用率的途径则是推广应用微生物肥料，活化土壤中固定的养分，提高养分有效性。目前可供利用的高效菌株以及微生物肥料吸附剂缺乏，限制了微生物肥料的大规模应用。

“缓/控释肥技术最早是从国外引进的，这些肥料大部分采用了聚乙烯等高分子材料包膜，这些化合物在土壤中长期使用会造成污染，所以我们就想开发一些新材料，找一些比较容易降解的化合物生产缓/控释肥。”他说。

于是，刘兆辉带领团队刻苦攻关，开发出无残留低成本缓/控释肥包膜材料。以镁锌氧化物、纤维素、水溶性聚合物为基础原料制成的缓/控释肥料包膜剂成本低且无污染，价格是国外和国内常用包膜剂的约30%~40%。

“我们的包膜是按作物分类专用的，不同作物采用不同的包膜材料，不仅降低成本，还能环保。例如，玉米采用腐殖酸包膜，腐殖酸本身就是肥料，能反应形成腐殖酸尿素等，这样就几乎没有成本。”他说。

此外，刘兆辉带领同事发明了缓/控释肥、有机肥和螯合肥生产节能降耗减排新工艺，并推出了肥料生产核心设备。缓/控释肥转鼓涂布连续生产工艺的生产成本是传统流化床工艺的25%左右；处理畜禽粪便和秸秆物料的二段好氧发酵工艺的发酵时间比传统工艺缩短25%~50%，发酵物既可作为微生物肥料吸附剂，也可用于制作有机肥；螯合肥自结晶免烘干工艺，生产每吨产品可节约烘干能耗120公斤标准煤。

2010年，“新型环保复混肥和有机肥的制备技术与应用”让刘兆辉站在了国家技术发明奖二等奖项的领奖台上。“环境友好性肥料的创制与应用”也于同年获得山东省技术发明一等奖。相关项目迄今已获授权专利32项，其中国家发明专利28项、实用新型专利4项、审批待授权美国专利2项。

减量简施

俗话说：“庄稼一枝花，全靠肥当家。”但刘兆辉要做的却恰恰相反，他的目标是肥料减量不减产。

刘兆辉带领团队经过十几年的努力，在项目组发明的作物专用型缓/控释肥基础上，研究相应的农机农艺配套技术，进行了几百个田间试验，基本解决了小麦、玉米和水稻三大粮食作物一次性施肥难题，实现了小麦、玉米播种和水稻插秧时一次施肥不追肥的简化施肥。在氮肥减量20%的情况下，作物的产量保持稳定或少量增加，每亩直接经济效益增加50元以上，提高了化肥利用效率，减少污染。

以小麦为例，研究人员对比了小麦播种一次性施用（CRF），与农民习惯施肥（FP）及优化施肥（OPT）。结果表明，减量施用控释氮肥使小麦群体及产量构成因素整体表现优于FP和OPT处理。而且CRF处理能保证小麦稳产，单位面积较FP处理增收66.8元，其氮素回收率和氮偏生产力较FP处理分别提高19.7％和34.3％。另外，CRF处理各深度土层硝态氮含量均低于OPT和FP处理，极大降低硝态氮向土壤深层次淋溶的风险。“在小麦上减量使用控释氮肥具有简化生产环节、节本增收、提高氮养分利用和减少环境污染等优势。”刘兆辉说。