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《2017年《世界水资源开发报告》强调农业废水利用的重要性》

  • 来源专题：农业立体污染防治
  • 编译者： 罗婷婷
  • 发布时间：2017-03-27

  • 联合国水机制3月22日发布的联合国《世界水资源开发报告》呼吁，在水资源日益稀缺，但在对水资源需求日益增长的情况下，要彻底转变观念，将废水视作一种资源而不是一个问题。报告强调农业既产生污水也利用污水，该部门既可能造成污染，同时也可能受污染的影响。

    在全球范围，废水大多在未加处理的情况下被排放到环境中，导致在世界许多地区，受污染的水被排入江河湖泊，并最终进入海洋。但是，经过处理和回收利用的废水可以成为应对水短缺的一种具有成本效益和可持续的解决方案。报告指出农业约占淡水提取量的70％，但处理废水的再利用仅占很小部分。处理后的废水也可以成为潜在的原料来源，如磷和硝酸盐，可以转化为肥料。作为一种有限和消耗性的矿物资源，全球对磷的需求的22％可以通过再利用处理过的废水而得到满足。例如，在约旦，90％的处理废水被用于灌溉，而在以色列，处理废水占全部灌溉用水的近一半。全球至少有50个国家利用废水进行灌溉，约占全部灌溉土地的10％。但是，包括非洲在内的许多地区的数据尚不完整。

    粮农组织也发起"应对水资源短缺全球框架"，旨在促进替代性水源的利用，如雨水收集和处理废水回用。它还鼓励开展知识共享和开发创新方法来解决农业用水问题。

    报告认为废水在循环经济背景下发挥着关键作用，改善废水管理可以产生社会、环境和经济效益，对实现“2030年可持续发展议程”至关重要。

    报告全文链接地址：http://unesdoc.unesco.org/images/0024/002471/247153e.pdf

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  • 《探索农业废水利用》
    • 来源专题：农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者：李晓曼
    • 发布时间：2017-11-28
    • 1月19至21日，一年一度的全球粮食和农业论坛 （Global Forum for Food and Agriculture）在柏林举行。该活动由联合国粮食及农业组织（FAO）主办，参与方包括联合国教科文组织、世界卫生组织、世界银行和莱布尼茨食品和营养研究联盟（Leibniz Research Alliance Food and Nutrition）。与会专家讨论了各国应对水资源短缺的措施，以及农业生产中废水利用的最新趋势。 一、背景介绍 如今粮食需求不断扩大，水是粮食生产的基础，但水资源日益匮乏，在气候变化背景下或将进一步加剧，严重影响到人类的粮食自身供养能力。随着世界人口增长和经济扩张，淡水稀缺性日益凸显。80年代至今，地下水总抽取率每年增加1%，如今气候变化更是让供水压力与日俱增。如今的全球淡水使用量中，农业已经占到了70%，而2050年粮食需求至少将增长50%，因此农业用水需求也将继续扩大。与此同时，城市和工业用水也是只增不减。 曾经有待解决的市政废液处理问题现在被视为应对水资源短缺的备选方案。将污水视作资源加以处理和管理，如果处理得当，城市污水、农业径流等非常规替代性水源可以用来缓解农业缺水问题。如果废水管理得当，不仅可以用来浇灌农作物，还可以补充蓄水层，间接支持农业生产。废水不仅可以解决水源稀缺问题，而且大多废水营养负荷较高，可用作肥料。只要管理使用得当，避免废水带来健康和环境问题，我们就能变废为宝。 二、废水利用 粮农组织土地及水利开发司高级官员马洛斯·德苏扎（Marlos De Souza）说：“尽管目前缺乏更为详细的实际数据，但我们认为，在全球范围内只有很少一部分的废水经处理后被用于农业。不过现在越来越多的国家，例如埃及、约旦、墨西哥、西班牙、美国等，都在考虑利用废水发展农业，解决日益严峻的水资源短缺问题。目前，利用城郊地区的废水进行农业灌溉比较有效，因为这些地方废水供应普遍充足，通常为免费或成本低廉，而且拥有农产品（包括非粮食作物）市场。这种做法也可以在农村地区采用，事实上许多小农户已长期使用该方法。”目前研究的重中之重是对废水进行充分和安全的管理，以适合当地条件的方式予以利用。 三、风险管控 未经处理的废水含有微生物和病原体、化学污染物、抗生素残留等成份，对农民、食物加工者、消费者等的健康产生危害，对环境也会造成威胁。许多国家会考虑当地的自然资源状况、农业系统以及农作物情况，借助科技对废水进行加工管理，再将其用于农业生产。 在埃及，由于供水有限，废水往往会再次受到严重污染，已建成的湿地被证明是一种有希望且经济可行的处理方法。在埃及和突尼斯，废水正被广泛用于农林项目，为木材生产和荒漠化防治提供支持。在墨西哥的中部地区，城市废水长期以来一直用于农业灌溉。过去，废水利用的健康风险主要依靠生态系统来处理。近年来，当地安装了废水处理设施来解决部分作物废水浇灌的安全隐患。在约旦，再生水占该国总用水量的25%。在美国尤其是西部，废水处理和人为填充蓄水层的做法已经得到普遍应用。加州在净化废水之后，将其融入地下水，用于大规模农作物生产。 德苏扎认为，废水处理再利用，除了能缓解缺水问题、减少环境污染、支持粮食生产以外，废水回收、处理和再利用的基础设施和管理系统还可以创造就业岗位。 （编译 李晓曼）
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  • 《农业数据在杂草管理中的重要性》
    • 编译者：袁雪
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    • 在对农业生态系统进行建模时，我们的目标可能是描述一种现象，量化各种因素的影响，或预测特定条件下的结果。这可能涉及分析田间疾病、害虫或杂草的时空分布，或使用机器学习和其他 AI 工具来预测管理行动的最佳时机。另一种方法是应用统计多变量模型，这些模型试图解释影响系统的因素，尽管存在相当大的可变性或“噪声”。这种方法常用于生态学研究。然而，农业系统与自然系统有很大不同。它们是高度干扰的环境，在田间和田内都具有很大的异质性。 这种可变性源于田间位置、气候条件、害虫压力和管理策略等因素。也许影响最大的因素是人的因素，因为每个农民都会做出独特的管理决策。进一步增加复杂性的是，还必须考虑所有这些因素之间的相互作用。有效管理这种可变性需要跨地区、多年或生长季节的不同田地的广泛代表性。这种方法可以开发能够过滤噪声并识别最相关因子的多元模型。然而，由于其耗时和复杂的性质，它很少被使用。主要挑战在于收集数据所需的大量工作，无论是在短期内还是几年内考察大量商业领域，还是在没有可访问数据库的情况下直接从个体农民那里收集管理数据。尽管存在这些挑战，但此类模型在增强我们对管理实践和其他变量如何影响农业生态系统的理解方面的潜力是巨大的，因此付出的努力是值得的。 在农业数据或农业数据中，捕获了种植者进行的所有活动的年表，以及整个生长季节投资于田地的每一项投入。这包括种植前和种植期间的土壤准备、害虫防治应用、灌溉、施肥等任务。此外，气候条件、土壤类型、海拔高度、坡度和周围环境（无论是自然、城市还是农业）等外部因素可能会影响作物生长、产量和收获后参数。农民多年来记录的这些宝贵信息在优化农业实践方面发挥着关键作用。收集数据主要是为了满足监管机构的要求，农民（尤其是那些出口农产品的农民）必须遵守这些要求。然而，近年来，其他各方的兴趣越来越大，例如提供旨在提供数据驱动分析的农业数据收集和管理服务的公司，以及寻求利用农业数据来解释大规模现象并制定区域范围建议的农业研究和推广服务。 在杂草科学领域，人们越来越认识到，了解农业领域杂草种群的动态需要整合多个领域的空间变异以及生长季节之间和生长季节内的时间变异。虽然许多研究调查了耕地中的杂草群落，但在有大量抽样和相应管理数据的支持下，全面调查影响杂草干扰因素的研究要少得多。 为了突出这种建模方法的潜力，我将回顾在以色列北部四个种植区的商业加工番茄田中进行的两项关于杂草侵扰的研究。该地理区域的特点是独特的气候梯度，从东部 Beit She'an 山谷的半干旱条件到西部 Zevulun 山谷和北部 Hula 山谷的地中海条件。种植区之间气候条件的显著差异会影响管理实践，例如种植季节和施用时间，以及生长速率等生物因素。 Cohen 等人（2017 年）的第一项研究调查了影响商业番茄田中扫帚菜 （Phelipanche aegyptiaca） 侵扰的因素。这项研究涉及对各个种植区当前和历史扫帚菜侵扰水平的广泛采样和数据收集，检查了作物轮作、历史侵染水平和与受感染田的距离等因素。通过密集绘制 43 个字段，该研究提供了全面的字段内特征。研究结果强调了扫帚菜从 Beit She'an 山谷向西传播到 Hula 山谷（图 1），并强调了番茄作为寄主作物在加剧田地内和邻近田地侵扰方面的作用。 图 1.以色列北部加工番茄种植区在不同时期的平均埃及番茄侵染水平，摘自 Cohen 等人，2017 年。 第二项研究包括我自己在 Newe Ya'ar 和 Volcani 中心农业研究组织的 Hanan Eizenberg 教授和 Lior Blank 博士的指导下进行的博士研究，重点是商业番茄田中的苋菜侵扰。在连续两个生长季节中，我们绘制了以色列北部近 130 块田地的地图，并收集了其中 103 块田地的管理数据（图 2）。我们的统计模型确定了除草剂施用频率和杂草处理后的降雨量等因素是导致苋菜侵扰水平的因素（图 3）。从该建模过程中获得的见解为在不同生长区域的两个生长季节进行的田间实验奠定了基础。这些实验测试了施用时间、强度和综合管理方法等变量（图 4），最终提供了特定地区的管理见解。 图 2.以色列地图 （A），用灰色方块表示研究区域。1983-2017 年 3 月的平均最高温度 （B） 和年平均降水量 （C） 显示了以色列北部的气候梯度。北部地区西红柿加工的四个主要种植区——Beit She'an 山谷 （BS）、Jezreel 山谷 （Jz）、Zevulun 山谷 （Zv） 和 Hula 山谷 （Hul）——由灰色多边形表示，分别显示了 2018 年 （D） 和 2019 年 （E） 生长季节调查的 58 块和 45 块田地（黑色多边形）。来自 Gafni 等人，2023 年。 图 3.表 4 和表 5 转载自 Gafni 等人（2023 年），分别显示了所选模型的中度和重度苋菜感染率的参数估计值。管理参数以紫色突出显示，气候参数以蓝色突出显示（为强调而添加）。种植前施用乙酰乳酸合酶 （ALS） 抑制剂磺嘧磺隆，以控制扫帚菜的侵扰。虽然它没有直接应用于目标苋菜物种，但由于出苗前 ALS 抑制剂应用对苋菜感染的影响，该管理变量被包含在模型中。 总之，人们越来越认识到大规模数据收集在解决杂草管理和其他农艺问题方面的重要性，这凸显了农业数据的价值。此类研究解决了区域尺度的问题，同时考虑了田地内部和田地之间的空间变异性，提供了一种在不同气候条件下实现位置定向管理的视角。我鼓励农民和其他相关实体共享信息，以创建一个能够支持复杂分析的强大数据库，从而推进知识并提供集体利益。模型不是最终目标;它们是前进的台阶。通过利用 Agri-data，我们可以构建更有效的模型并改进杂草管理策略。 图 4. 2021 年在 Beit-She'an 山谷的 Eden 农场进行了田间实验，评估了施用强度和时间对商业加工番茄田中苋菜侵扰的影响。该实验是基于建模结果的九项田间试验之一，包括整合指式除草剂种植以减少化学喷洒。 *Cohen， Y.， Roei， I.， Blank， L.， Goldshtein， E.， Eizenberg， H.，2017 年。根寄生杂草 Phelipancheaegyptiaca 在西红柿加工中的空间传播 - 使用生态信息学和空间分析。前面。植物科学 8， 973。https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00973 *Gafni， R.， Ziv， GA， Eizenberg， H.， Blank， L.， 2023 年。对当地、管理和气候因素对苋菜物种加工番茄田侵扰的影响的区域规模研究。Eur. J. Agron.143、126722 https://doi.org/10.1016/j.eja.2022.126722 *北方研发（Mop Tzafon），MIGAL，Kiryat Shemona，以色列。
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