新型农田面源污染在线监测系统实现连作农田自动化监测

农业非点源污染是导致水体质量恶化的主要原因，其中农田地表径流携带的氮、磷等污染物是重要来源。有数据显示，2017年我国农业源总氮排放量达141.49万吨，总磷21.2万吨，仅种植业贡献的氮、磷排放就占农业源污染物的51%和36%。然而，当前农田径流监测方法存在明显局限：传统径流池监测范围小、易受暴雨影响中断，人工采样耗时费力且数据代表性不足，基于实验小区的监测结果外推至田间尺度时存在较大不确定性。如何建立一种既能真实反映农田实际情况，又能实现自动化、大范围连续监测的技术体系，成为破解农业面源污染防控难题的关键。

河北农业大学李文超和北京农学院华玲玲等开发出了一种基于串联管道的连作农田面源污染在线监测系统。该系统以分流沟、在线流量计和动态采集装置为核心，通过创新设计实现了农田径流的实时监测与自动化采样。与传统径流池相比，新系统的分流沟和传输管道设计显著减小了工程规模，降低了建设成本和土地占用，同时避免了对农业生产活动的干扰。相关文章已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）（DOI: 10.15302/J-FASE-2024596）。

该系统的核心优势在于突破了现有技术的多重限制。在监测范围上，通过铺设分流沟和传输管道，可实现数百公顷连作农田的集中式径流监测，克服了传统径流池仅适用于数十平方米小地块的局限；在数据可靠性方面，在线流量计和水质监测装置可实时采集流量、总氮、总磷、化学需氧量等参数，动态采集装置则通过雨量感应器触发采样，每场次降雨自动收集一个代表性水样，解决了人工采样时效性差、自动采样器难以反映全程径流的问题。此外，系统支持远程数据传输与控制，管理人员可通过客户端实时查看监测数据，异常水质时自动报警，大幅提升了应急响应效率。

在河北雄安新区白洋淀流域的实地应用中，该系统展现了良好的稳定性和准确性。2023年7–8月的监测数据显示，所开发系统能精准地捕捉径流滞后效应——如8月11日降雨后，径流在次日11时才开始形成并逐渐增大，这一过程与气象数据高度吻合。极端暴雨条件下，加密监测频率可实时追踪流量变化，验证了系统对复杂水文过程的响应能力。

该系统中应用于实验地块的方法目前已被农业农村部农业生态与资源保护总站列为农业面源污染综合防治关键技术。相较于依赖实验小区的传统方法，其监测数据更贴近农田实际生产场景，可为农业面源污染负荷估算提供更可靠的参数。随着技术推广，该系统有望在下一次全国污染源普查中发挥重要作用，为制定针对性防控策略、改善水生态环境提供科学支撑。