近日，中國農業(yè)科學(xué)院農業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“質(zhì)標所”）農業(yè)環(huán)境污染物研究室成功研發(fā)出全球首套面源污染智能監測系統，并同步制定《農業(yè)面源污染智能監測技術(shù)規范》。
這一創(chuàng )新成果首次實(shí)現對流動(dòng)水體中高風(fēng)險抗生素、農藥殘留等新發(fā)污染物的實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、動(dòng)態(tài)監測。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《聚集體》《分析化學(xué)》《美國化學(xué)會(huì )材料快報》等國際權威期刊，并獲得2項國家發(fā)明專(zhuān)利授權。
破解多項技術(shù)難題 面源污染作為非點(diǎn)源污染的主要形式，具有分散性、隱蔽性和復雜性等特點(diǎn)，其監測治理長(cháng)期面臨技術(shù)挑戰。
質(zhì)標所研究員、博士生導師程劼帶領(lǐng)團隊，針對流動(dòng)水體中污染物種類(lèi)多、含量低、干擾物多等難點(diǎn)，在材料、技術(shù)和裝備領(lǐng)域實(shí)現三重突破。
“我們開(kāi)發(fā)出具有分子識別與信號增強功能的納米復合材料，能夠同時(shí)捕獲多類(lèi)污染物。相比傳統吸附劑，新材料穩定性提升5倍以上，顯著(zhù)提高了對污染物的傳感性能。這種材料可實(shí)現對水體中的抗生素、農藥殘留等痕量污染物的高效富集與‘分子指紋’信號增強，可作為后續進(jìn)行高靈敏傳感分析的基礎功能材料?！背虅抡f(shuō)。
在多靶標動(dòng)態(tài)識別技術(shù)方面，團隊結合人工智能算法，系統實(shí)現了對3類(lèi)9種農藥（包括有機磷類(lèi)、煙堿類(lèi)、苯并咪唑類(lèi)）和3類(lèi)10種抗生素（涵蓋喹諾酮類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)、磺胺類(lèi)）的特異性識別與同步檢測。檢測靈敏度達到納克/毫升級（ng/mL），相當于在1毫升水中檢測出十億分之一克的污染物，且響應時(shí)間縮短至1分鐘以?xún)?。這一技術(shù)突破解決了多類(lèi)多種污染物同時(shí)動(dòng)態(tài)識別的難題，為實(shí)現實(shí)時(shí)預警監測提供了有力的技術(shù)支撐。
“通過(guò)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集成自動(dòng)采樣、預處理、傳感分析等模塊，監測系統實(shí)現連續180天無(wú)人值守穩定運行。系統運維成本降低70%，顯著(zhù)提升了監測效率。全自動(dòng)設計使得系統可在河流、溝渠、養殖塘等復雜水文環(huán)境中穩定運行，耐受零下20攝氏度至50攝氏度的極端溫度，防腐蝕設計更使其適用于高鹽度水域?！背虅抡f(shuō)。
示范應用成效顯著(zhù) “傳統監測方式依賴(lài)人工采樣和實(shí)驗室分析，耗時(shí)費力。新系統可實(shí)現無(wú)人值守運行，大幅減少了人力投入，有效提高了監測效率。在海河流域的示范工程中，人力成本降低約60%，監測頻次卻提高了3倍?！背虅抡f(shuō)。
目前，該系統已在太湖、海河等流域投入示范應用，成效顯著(zhù)。
通過(guò)將監測數據實(shí)時(shí)上傳至云端平臺，并結合GIS技術(shù)生成污染熱力圖，系統預警準確率超過(guò)90%。在太湖流域的試點(diǎn)中，系統成功捕捉到水體中抗生素和農藥殘留的異常波動(dòng)，為管理部門(mén)提供了精準的污染溯源依據。
該系統的研發(fā)不僅解決了技術(shù)難題，更在環(huán)境監測領(lǐng)域帶來(lái)了科學(xué)范式的轉變。
“傳統監測側重于單一污染物的靜態(tài)分析，而新系統通過(guò)多靶標動(dòng)態(tài)識別和大數據分析，實(shí)現了污染物的關(guān)聯(lián)性分析?！背虅抡f(shuō)。
結合污染熱力圖，管理部門(mén)可精準定位污染高發(fā)區域，制定靶向治理措施。例如，該系統可助力農藥殘留超標源頭的精準溯源，使相關(guān)部門(mén)可快速對周邊農田進(jìn)行重點(diǎn)監管，有效減少了污染物入河量。
在面源污染智能監測系統不斷應用于眾多流域監測的基礎上，團隊制定了《農業(yè)面源污染智能監測技術(shù)規范》。該規范不僅為行業(yè)提供了標準化框架，填補了抗生素、農藥殘留等新發(fā)面源污染智能監測領(lǐng)域的空白，而且推動(dòng)了監測體系的規范化建設。
程劼表示，下一步該系統將新增全氟化合物、內分泌干擾物、微塑料等新污染物的檢測功能，進(jìn)一步拓寬監測范圍。同時(shí)，系統有望應用于更多領(lǐng)域，在城市供水、飲用水源地等場(chǎng)景部署，保障居民飲水安全。
“該系統還可在規?；B殖場(chǎng)推廣，監測養殖尾水中的污染物，助力綠色養殖。廣東某對蝦養殖基地已計劃引入該系統，以控制抗生素殘留，提升產(chǎn)品競爭力。在河流、湖泊生態(tài)修復工程中，該系統可動(dòng)態(tài)評估修復效果，為生態(tài)管理提供數據支持?！背虅抡f(shuō)。
來(lái)源：科技日報
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