中国农业大学张福锁院士团队许稳教授课题组在《自然·食品》发表研究成果 提出食物生产政策的河流水质多污染物评估新路径

近日，我校资源与环境学院、河北曲周农业绿色发展国家野外科学观测研究站张福锁院士团队许稳教授课题组，联合荷兰瓦赫宁根大学与研究中心、南京大学，在《自然·食品》（Nature Food）发表研究论文《食物生产政策可增强中国河流多污染物协同控制》。我校为论文第一单位。该研究是中荷农业绿色发展交叉创新型人才培养项目（AGD计划）的重要成果，也是学校在农业绿色发展与水环境安全交叉领域取得的又一重要进展。

中国以约9%的耕地养活全球20%以上人口。集约化农业在保障粮食供给的同时，也让氮磷、抗生素、除草剂和塑料等污染物进入河流。研究指出，约70%的河流和湖泊不适合人类直接使用。2015-2023年，我国出台96项环境策略，其中54项直接针对农业和城市活动的水污染减排。然而，现有水质预测研究多聚焦单一污染物，难以判断多项政策同时实施时，不同污染物之间究竟是协同减排，还是此消彼长。

针对这一难题，研究团队在MARINA系列模型基础上构建了MARINA-Multi（China-2.0）模型。该模型将水文过程、塑料在土壤中的降解、化学品吸附与降解等关键过程，与作物生产、畜禽养殖、废弃物产生等人类活动模块耦合，以395个水文子流域为单元，模拟2020—2050年总溶解氮、总溶解磷、24种抗生素、草甘膦及其代谢物AMPA、大塑料和微塑料的河流输入。模型新增污水系统24种抗生素排放量化模块和农村人粪污面源模块，并区分农业源与城市化源；团队还系统梳理54项环境策略，设置不可持续基线（UnSP）及低、中、高、乐观四条可持续路径（SPLow、SPMod、SPHigh、SPOpt），比较不同政策力度下的未来图景（图1）。

图1 新集成MARINA-Multi（China-2.0）模型结构

研究显示，2020年中国河流接纳的抗生素约4.6 Gg、草甘膦约0.3 Gg、AMPA约0.4 Gg、微塑料约107 Gg、大塑料约657 Gg、总溶解磷约1392 Gg、总溶解氮约18595 Gg。农业贡献了全国营养盐、草甘膦、AMPA和抗生素输入的三分之二以上，主要来自化肥施用、粪肥利用和农膜使用；城市化是塑料污染的主要驱动因素，其中管理不善的固体废弃物贡献约77%的大塑料输入，污水系统贡献约96%的微塑料输入。

政策力度不同，河流未来也不同。在无有效环境策略实施的UnSP路径下，2050年河流污染物输入较2020年可增加高达63%。在SPHigh路径下，总溶解氮、抗生素、草甘膦、AMPA和大塑料可减少9%-41%，主要得益于化肥减量、粪肥循环、作物管理和农膜回收；但即便在中、高可持续路径下，总溶解磷和微塑料仍可能增加19%-3%。SPOpt路径下，抗生素、草甘膦和AMPA可下降21%-80%，但微塑料在2030-2050年间仍可能增加44%-57%。

空间上，SPHigh路径可使水质改善惠及约28%的国土排水面积和54%的人口，受益区多集中于集约化农业区；SPOpt路径下，超过90%的人口所在子流域多污染物问题将有所缓解，但微塑料仍是持续例外。这说明，治理必须分污染物、分区域、分阶段精准施策（图2）。

图2 五种未来路径下中国河流多污染物输入预测及来源贡献

研究建议，近期农业端优先强化粪肥管理、禁止粪肥直排，推广环境友好型除草剂和可降解地膜；城市端升级污水处理，重点针对微塑料和抗生素等新污染物；中长期结合生态缓冲带、人工湿地等基于自然的解决方案，协同削减污染负荷。研究同时提醒，粪肥循环可能带来污染物由地表水向地下水转移的权衡。该研究为统筹粮食安全、水资源保护和城市环境管理提供了科学依据，也为其他面临农业集约化和城市化双重压力的流域提供了可借鉴的中国方案。

该论文也是 AGD 计划人才培养与中荷科技合作的重要成果。该计划由张福锁院士牵头，依托学校“农业绿色发展科学与工程”交叉学科和国家农业绿色发展研究院，联合瓦赫宁根大学等国际顶尖机构，开展多学科交叉人才培养。近5年，团队联合培养博士研究生132人次，在《科学》《自然》子刊及其他国际知名期刊发表论文230余篇。青年学者在这一平台上深度参与模型构建、数据分析和政策情景设计，在国际合作中快速成长。论文的发表，也体现了学校以国际合作牵引交叉学科建设、以真实问题培养高层次人才的育人成效。

论文共同第一作者为张琦、李雅楠两位博士后，共同通讯作者为许稳教授和瓦赫宁根大学 Maryna Strokal 副教授，合作者包括南京大学马林教授，张福锁院士参与指导。该研究得到国家重点研发计划（2023YFD1702100）、云南省重大科技专项（202202AE090034）、国家留学基金委（201913043）、海南大学、长江学者奖励计划和 Maryna Strokal 的 Veni 资助。