中国探索实行耕地轮作休耕制度试点问题的战略思考

耕地是粮食生产的根本和载体。近年来,在中国粮食连年增产的同时,耕地资源环境面临着多重挑战,高强度利用和长期高负荷运转使耕地得不到休养生息,耕地地力严重透支,耕地质量退化、耕地污染尤为突出,严重制约了中国农业可持续发展。科学推进耕地轮作休耕制度,提升耕地综合生产能力,是探索藏粮于地、藏粮于技的具体实现途径,对推动中国农业绿色发展和保障国家粮食安全具有重要战略意义。文章在剖析国内外耕地轮作休耕实践与发展的基础上,战略性地提出了探索实行耕地轮作休耕制度试点问题的研究重点和目标,包括调研中国重点关注区域适于轮作休耕的耕地资源现状与区划,探讨重点关注区域耕地实施轮作休耕的技术路径、建立重点区域耕地轮作休耕制度试点体制机制等。为实现"十三五"国家农业转型发展,保障粮食生产能力和国家粮食安全提供重要咨询建议。     

珠江三角洲地区典型农村土壤重金属污染现状分析

珠江三角洲地区农村土壤重金属污染状况不容忽视,除化肥农药、畜禽养殖等污染源外,还有工业污染等其他污染源。本研究以该地区工业型和种植型两类典型农村为例,通过对农田和菜地两种耕地以及企业周边、养殖场周边和垃圾点周边三类污染场地土壤重金属污染现状进行监测与评价,深入分析重金属污染成因。结果表明,该地区工业型农村耕地以铜超标为主(超标率22.2%),种植型农村耕地以镉超标为主(超标率16.7%),其余重金属超标率低或不超标;耕地中农田的重金属污染程度重于菜地。工业型农村污染场地以铜超标为主(超标率33.3%),其次是镉和锌(超标率均为11.1%),其余重金属不超标;种植型农村污染场地以镉、镍超标为主(超标率均为26.1%),其次为铜和砷(超标率分别为17.4%和8.7%),其余重金属不超标。三类污染场地中,工业型农村土壤重金属超标情况相对最重的是垃圾点周边,而种植型农村土壤重金属超标程度相对最重的是养殖场周边。高度集约化的农业生产方式是造成珠三角农村耕地土壤重金属污染的主要原因,同时,众多的制造业"三废"排放加剧了土壤重金属累积。此外,畜禽养殖废弃物、生活垃圾的无序堆放也是造成农村土壤重金属污染的原因。     

长江口农田土壤和底泥中的重金属分布特征

本文从宏观角度讨论了长江口(上海地区)土壤和底泥中重金属含量的分布。重金属含量由近海底泥(A)至内河底泥(F)逐级增高。耕地土壤中,粮棉区含量与国内多数土壤一致,近郊菜区含量大于粮棉区。内河底泥重金属含量大于黄浦江及近海底泥,应用污泥及灌溉污水导致土壤中重金属含量增高。各种重金属中,汞受到农业措施和工业污水双重影响,土壤中镉的含量主要受工业污染物的影响。污染土壤中有效性镉含量最高。虽然本区土壤为中性至微碱性,重金属的有效性相对较低,向土壤中大量引入含重金属的污染物仍然是造成食用作物污染的重要原因之一。     

耕地重金属污染治理生态补偿标准条件估值法研究——以广西大环江流域为例

运用条件估值法,于2015年8月对广西环江县大环江流域重金属污染地区农户受偿意愿进行调查研究。结果表明,研究区农户对当地耕地重金属污染治理项目的参与意愿与投标额度(设计补偿标准)、家庭耕地面积和耕地受污染程度呈正相关关系;农户平均受偿意愿下限为12 630.75元·hm~(-2)·a~(-1),该测算值可为当地耕地重金属污染治理生态补偿标准的确定提供理论依据。认为广西环江县大环江流域耕地重金属污染治理及其配套生态补偿项目应首先选择耕地面积较大且污染较明显地区作为项目选址。建议在今后的生态补偿研究中注意补偿标准与客观条件之间的联系,并制定出一套具有普适性的生态补偿标准研究方法。     

稻季磷锌处理对水稻和伴矿景天吸收镉的影响

超积累植物与农作物轮作或间套作是实现重金属污染土壤边生产边修复的重要方式。通过水稻和伴矿景天(Sedum plumbizincicola)轮作的盆栽试验来研究Cd污染酸性红壤上稻季增施P和Zn对水稻和后茬伴矿景天吸收Cd的影响。结果表明,稻季高P处理(400 mg·kg~(-1))土壤CaCl_2提取态Cd含量较对照(100 mg·kg~(-1))有所降低,水稻秸秆Cd含量无明显影响,但秸秆向籽粒的转运系数显著降低;稻季Zn处理降低了土壤CaCl_2提取态Cd含量,糙米Cd含量由0.21 mg·kg~(-1)(对照)降低至0.15 mg·kg~(-1);稻季增施P和Zn对后茬伴矿景天生长及地上部Cd含量未产生明显影响;Zn处理促进了稻米和伴矿景天对Zn的吸收。稻季适当增施P和Zn降低了水稻Cd积累风险,而对后茬伴矿景天Cd吸收修复无影响,可作为Cd污染土壤水稻与伴矿景天轮作边生产边修复的调控手段。     

多金属硫化物矿区不同品种水稻根际土壤酶活的变化

选取酸性矿山废水污灌形成的多重金属污染水稻土,采用多格层根际箱模拟水稻根际环境,研究高镉积累水稻长香谷fOryzasativaL．cv．Choukoukoku）和低镉积累水稻金农丝苗（OryzasativaL．cv．Jinnongsimiao）2个品种水稻生育中后期（分蘖期、孕穗期、扬花期、蜡熟期）根际土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性的变化特征。结果表明：高镉积累水稻比低镉积累水稻各时期根际土壤脲酶活性低,随着生育期的延长,2个品种水稻土壤脲酶活性先降低后升高（分蘖期酶活性最高）,2种水稻土壤脲酶活性均在根际s0层达到最高,但其他各层土壤脲酶活性与根系距离无显著关系。随着水稻生育期的延长,高镉积累水稻根际土壤酸性磷酸酶活性先升高（在孕穗期酶活性达最高）,随后降低;低镉积累水稻土壤酸性磷酸酶活性则在分蘖期最高,之后逐渐降低。除分蘖期高镉积累水稻土壤酸性磷酸酶活性低于低镉积累水稻酶活性外,其他2个时期前者酸性磷酸酶酶活性均高于后者的酶活。2个品种水稻土壤过氧化氢酶活性随生育期延长不断升高,在整个生育后期,高镉吸收水稻比低镉吸收水稻各时期土壤过氧化氢酶活性高,但在蜡熟期时两者无显著差异;在各时期2种水稻过氧化氢酶活性在根系S0层达到最大,随着与水稻根系距离的增加呈先降低后增加的趋势。可见,在多重金属污染矿区,土壤酶活性明显受水稻品种、水稻生长时期和水稻根系的影响。该结果可以为研究多重金属污染矿区分析土壤酶活性与不同重金属积累程度的水稻品种作物相关关系提供数据支持,给农业生产及土壤修复提供依据。     

土壤酸化背景下镉污染稻田水稻镉吸收阻控研究方向探讨

土壤酸化与镉污染是我国作物生产面临的两大障碍因素.如何在严重的重金属污染与土壤酸化的双重影响下确保水稻的质量安全,已经成为当前一个极其重要而紧迫的研究课题.本文总结了镉胁迫对水稻的影响、水稻镉吸收积累特性以及土壤酸化对重金属的影响等方面的研究进展,探讨土壤酸化背景下镉污染稻田水稻镉吸收阻控研究方向,以期为相关研究提供参考.     

轮作休耕问题探讨

轮作休耕制度是中国农业供给侧结构性改革的有效手段,也是现代农业可持续发展的有效途径之一,如何实施轮作休耕成为了中国当前农业发展的重要议题。因此,文章首先对轮作休耕的提出、内涵进行了分析。其次,从恢复地力、农业供给侧结构性改革和农产品质量方面分别分析了轮作休耕的必要性、重要性和紧迫性。再次,对国内外轮作休耕的发展及其成效进行了论述。最后,从加强认识、确定面积、分区实施、补偿到位、规范管理和开展研究六大方面,提出了中国实行轮作休耕的对策和措施。文章对当前中国各地正在进行的轮作休耕试点具有参考价值。     

中国土壤重金属污染修复技术的专利文献计量分析

综述了国内外主要土壤修复技术,进行了技术经济比较分析。利用国家知识产权局专利检索系统,采用主题词检索,从重金属污染物种类、技术类型两个方面分析了中国土壤重金属污染修复技术的专利申请与授权状态。结果表明：土壤重金属污染修复技术以植物修复与微生物技术为主,其次为固定修复技术;土壤镉、铅、铜、砷的修复技术专利申请量明显高于其余重金属的;农田土壤重金属污染修复技术专利申请量明显高于场地重金属修复技术的;农田土壤重金属污染修复除降低土壤中重金属含量外,还可以从植物营养调控与土壤调理剂的角度降低农产品中重金属含量。最后,进行了土壤污染修复产业政策分析。     

铅锌矿区周边耕地土壤团聚体重金属污染状况及风险评估

为了解铅锌矿区耕地土壤团聚体污染状况,以贵州省都匀范家河铅锌矿区周围耕地土壤为研究对象,研究土壤团聚体中镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)3种重金属垂直分布特征和赋存形态。采用三步连续提取法(BCR)对污染土壤团聚体中3种重金属进行赋存形态分析,利用分布因子法(DFx)和地质累积指数法(Igeo)评估其环境风险。结果表明:土壤样品中重金属Cd、Pb和Zn的平均质量分数分别为23.25、518.40、3471.83 mg·kg^-1,已分别达到贵州土壤背景值的35.23、36.35、14.73倍,且3种重金属在土壤团聚体中的含量与其主要赋存形态特征均存在明显差异。研究区域剖面土壤中各粒径Cd主要以残渣态和可还原提取态的形式存在,各粒径Pb主要以残渣态和可氧化提取态的形式存在,80%及以上各粒径Zn为残渣态,综合得出研究区域土壤中重金属潜在影响程度为Cd>Pb>Zn。分布因子法结果表明:在0-100 cm剖面深度,Cd主要富集在0.25-1 mm的颗粒中,Pb主要富集在1-2 mm的颗粒中,Zn主要富集在0.053-2 mm的颗粒中;地质积累指数法结果显示,各粒径颗粒中Cd、Zn的污染水平主要为重污染,Pb主要为偏重污染。研究矿区周围耕地土壤已受到严重的重金属污染,应采取有效措施进行修复治理。该文为范家河铅锌矿区环境风险评价提供基础,旨在为矿区环境管理提供数据支撑。     

粤北某矿区周边镉锌污染稻田土壤田间植物修复研究

粤北地区多金属矿开采导致的矿区周边农田土壤重金属污染问题突出,探索适合当地条件的土壤污染修复技术与模式对逐步改善土壤环境质量,保障农产品安全和人体健康具有重要意义。为考察植物技术措施对粤北矿区周边重金属污染农田土壤的修复和安全利用的可行性,选择粤北某矿区周边重金属镉锌中度污染稻田,通过田间试验开展了超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)、富集植物杨桃(Averrhoa carambola)、农作物玉米(Zea mays)低积累品种单种及套种对污染土壤植物修复和安全利用效果研究。结果表明,单种模式下,伴矿景天田间生长217 d后,其地上部生物量可达2.82 t·hm~(-2),地上部Cd和Zn平均质量分数分别为119 mg·kg~(-1)和7716 mg·kg~(-1),对Cd的修复效率可达11.1%;杨桃田间生长约600 d后,其根、茎和叶生物量分别可达15.4、15.5和7.81 t·hm~(-2),Cd质量分数分别为8.21、14.1和15.4 mg·kg~(-1),Zn质量分数分别为199、294和642 mg·kg~(-1),其对Cd的总体修复效率可达15.9%。伴矿景天和杨桃套种模式下,两者种植密度均较单种时降低一半,两种修复植物套种处理对Cd修复效率可达到13.5%。试验稻田改种低积累品种玉米,无论玉米单种或同伴矿景天套种其籽粒中Cd质量分数均可达到食品安全国家标准限量要求。利用伴矿景天和杨桃对粤北受镉中度污染稻田土壤进行修复以及通过种植低积累品种玉米实现污染土壤安全利用具有较强的可行性。     

土壤环境中镉、锌形态转化的探讨

论述了土壤中镉、锌的形态分布,讨论了影响土壤环境中Cd、Zn形态转化的因素和物质,如pH、石灰、有机质和其它一些离子和它们的影响机制,为治理土壤重金属污染提供理论依据。     

重庆汞矿区耕地土壤和农作物重金属污染状况及健康风险评价

为了解重庆汞矿区耕地土壤-农作物重金属污染状况,在研究区采集水稻45件、玉米32件、红薯18件及其种植土壤样品90件,分析测定As、Cd、Cr、Cu、Hg、 Ni、Pb、Zn等8种重金属含量,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法和健康风险评估模型,对该区土壤重金属污染程度、生态风险和食用农作物的健康风险进行评估.结果 ...     

矿冶区周边水稻对不同来源重金属污染的指示作用

有色金属开采与冶炼可对周边环境造成严重的重金属污染,查明重金属污染来源对于矿冶周边重金属污染管理与控制具有重要意义.为探索利用矿冶周边水稻对As、Cd、Pb、Zn和Cu的富集与水稻体内元素的含量平衡特征指示重金属污染来源的可行性,选择了我国著名的水口山Pb-Zn矿山开采与冶炼周边区,根据重金属污染排放和迁移扩散特征,结合当地气象和地貌条件,确定了3个典型采样区,其中两个采样区分别邻近冶炼厂和尾砂库,另一处为位于两者之间的过渡区.采用蛇形采样法在稻田内采集33个成熟水稻及土壤样品,分析水稻不同部位(包括根、茎叶、籽粒)及土壤中As、Cd、Pb、Zn、Cu5种重金属和其他16种元素的含量.结果表明,3个采样区之间土壤中的As、Cd、Pb、Zn和Cu含量均存在显著性差异;各采样区水稻中除根际和籽粒中Cd含量外,各部位重金属含量也均有显著差异.靠近冶炼厂的水稻茎叶中As、Pb含量高于离冶炼厂较远的采样区水稻茎叶.尽管As、Pb在靠近尾砂库采样区土壤中含量最高,但在该区水稻茎叶中的含量却最低;在除As、Cd、Pb、Zn、Cu5种重金属以外的其他16种元素中,水稻根部仅有5种元素含量在各采样区之间存在差异,指示相同的土地利用类型及土壤母质条件;而在茎叶和籽粒中则分别有多达11和10种元素含量出现采样区差异,指示重金属污染来源影响水稻茎叶及籽粒中元素的含量平衡.多元统计分析结果显示,3个采样区水稻茎叶中元素含量平衡存在显著的分异,显示出明显的采样区属性.结合采样区域空间位置、污染物来源、水稻对重金属的富集与转运特征分析,3个采样区重金属主要污染特征可分别确定为水-气混合来源型、大气来源型和尾砂来源型.论文结果证明利用水稻茎叶指示矿冶周边重金属污染来源是可行的.     

铜矿重金属污染对土壤微生物群落多样性和酶活力的影响

重金属污染导致土壤环境质量的恶化,而土壤微生物的群落多样性和土壤酶活力是评估污染程度的重要指标。该研究选择了安徽铜陵铜矿附近受重金属复合污染的4个土壤样本,评估和比较了样本中5种重金属(砷、镉、锌、铅和铜)的污染程度;研究和分析了土壤细菌和真菌群落的多样性以及土壤酶活力。结果表明,(1)从样本S1到S4,综合污染指数分别为0.71、3.85、4.37和8.47;S1样本尚未受到重金属污染,而S2、S3和S4样本受到不同程度重金属砷、镉、锌和铜的污染;以镉污染为主,不存在铅污染。(2)从样本S1到S4,随着综合污染程度的增加,土壤中脲酶、磷酸酶和脱氢酶的酶活力均呈现降低的趋势,且磷酸酶和脱氢酶的酶活力与镉、锌和铅的浓度呈显著负相关,而脲酶酶活力与重金属浓度没有明显的相关性。(3)随着综合污染指数的上升,细菌和真菌群落的多样性均下降,且真菌群落物种丰富度的变化明显于细菌。该研究对矿区土壤重金属生物治理及环境修复具有重要意义。     

发电厂周边土壤重金属空间分布及在土壤-水稻系统中的迁移

赋存于煤炭中的重金属元素,在火电厂经燃烧分解氧化,通过各种途径进入大气环境,并通过大气干沉降和湿沉降进入土壤,从而影响土壤环境质量。以韶关发电厂周边土壤-水稻系统中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量为主要研究目标,采集发电厂周边的99对土壤和相应的水稻样品,选择三处典型样点采集垂直剖面土壤样品,并在远离污染源、不受电厂主风向影响和不曾受到其他明显外来污染的地区采集6对土壤-水稻样品,系统地探讨电厂周边农田土壤重金属元素的空间分布特征,采用污染指数评价模型与健康风险评估模型,评价韶关电厂周边耕地土壤和水稻重金属污染状况,分析当地居民摄入本地谷类产品的健康风险。结果表明,(1)各种重金属的含量在电厂附近达到最高值,随着与电厂距离的增加,土壤中重金属含量逐渐下降,表明该电厂燃煤过程产生的污染是当地土壤环境重金属元素的升高的主要原因。(2)8种重金属元素具有相似的空间分异趋势,在表层0-20cm的范围内富集,且含量随深度增加呈下降趋势。(3)水稻田表层土壤中的Cd超过了国家标准限值,Cd污染突出。As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的平均含量也分别超过相应的广东省土壤元素的背景值。(4)水稻籽粒中的Cd和Pb均超过了国家标准限值,Cd污染也尤为突出。居民食用本地稻米产品引起重金属的健康暴露风险极大,尤以Cd最为显著。该研究可以为当地环境风险管理和决策提供科学依据。     

蚕沙复合硼调理剂对酸性菜地土壤镉铅的钝化效应

针对华南地区酸性菜地土壤缺硼特性和重金属污染风险较高的现状,为解决如何保障缺硼土壤上的农产品高品质安全种植和农业废弃物资源的有效利用等问题提供数据支撑。以蚕沙为土壤调理剂,结合外源硼添加进行复合调控,探讨其对铅镉复合污染土壤的土壤理化性质、重金属铅镉有效态含量的影响。结果表明,2%和6%的蚕沙添加量在不同硼处理下都能使土壤pH值显著提高,增加幅度达49.5%;使土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和有效态硼含量等土壤理化性质也得到明显改善。而不同蚕沙添加量对土壤重金属有效态含量的影响效果与元素类别有关,其中对有效态镉含量的影响效果并不显著;对有效态铅含量的降低效果则十分显著。在铅镉复合污染土壤上进行蚕沙复合硼的处理表现为,在6%蚕沙添加量下,0.5mg·kg-1硼添加处理使土壤有效态镉含量较未添加硼时有所增加,而当硼添加量为2.0 mg·kg-1时,土壤有效态镉含量又显著下降;而其他蚕沙添加量处理下,土壤有效态镉含量在复合不同硼处理之间无明显差异。就土壤有效态铅含量而言,两种蚕沙添加量均使其较未加蚕沙时明显下降,降低量达98.9%。对不同因素的交互效应分析可见,"硼+蚕沙"二因素对土壤重金属有效态镉和铅含量存在一定的交互效应,且其影响作用大于单一硼处理,但单一蚕沙处理相对上述两种处理对土壤有效态镉和铅含量的影响更大。该研究结果将为解决农业废弃物资源利用、降低土壤重金属的生物有效性和提升耕地生产力提供科学的参考依据。     

三种稻田粮食作物种植模式的土壤镉动态与镉移除效果比较

为明确不同种植模式(全年休闲、双季稻、双季玉米、双季高粱)对镉污染稻田土壤镉动态的影响,并比较各种植模式对土壤镉的移除效果,于2016年在湖南湘潭县中度镉污染稻田开展了大田试验.结果表明:各处理间土壤全镉含量差异不明显;与全年休耕处理相比,双季稻收获后土壤有效镉含量降低,而双季玉米与双季高粱处理有所提高,以双季高粱处理表现更明显.稻米镉含量明显超标,而玉米与高粱籽粒镉含量低于国家标准.作物全年镉累积量呈现双季高粱双季水稻双季玉米趋势.可见,双季高粱(头季+再生季)对土壤镉的活化与移除效果最好,且其籽粒镉含量低于国家标准,是中度镉污染稻田的理想替代种植模式.     

太湖地区典型轮作与休耕方式对稻田水稻季N2O和CH4排放量的影响

轮作休耕是实现"藏粮于地、藏粮于技"的重要途径之一,目前在太湖稻田区域主要推广紫云英(Astragalus sinicus L.)-水稻(Oryza sativa L.)、油菜(Brassica napus L.)-水稻和休耕-水稻典型轮作与休耕方式。在太湖地区典型稻田水稻生长季设置了6个处理:(1)紫云英-水稻轮作,不施N肥处理,MRN0;(2)紫云英-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2,以纯氮计,下同),MRN300;(3)油菜-水稻轮作,不施N肥处理,RRN0;(4)油菜-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),RRN300;(5)休耕-水稻轮作,不施N肥处理,FRN0;(6)休耕-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),FRN300。通过田间试验,研究了不同轮作与休耕方式对水稻产量、氮肥利用率及稻田温室气体CH₄和N₂O排放的影响,从而为综合评价轮作休耕方式提供科学依据。田间试验结果显示,与不施氮肥处理相比,在不同轮作休耕方式下施氮300 kg·hm^-2,可增加53.7%—60.0%的水稻产量,以MRN300处理水稻产量最高,与RRN300和FRN300处理相比,水稻产量分别提高了1.6%和6.0%。在不施氮水平下,MRN0、RRN0和FRN0各轮作处理间N₂O排放通量和累积排放量均值差异不显著(P>0.05)。而在施氮300 kg·hm^-2下,紫云英-水稻轮作可降低N₂O排放通量和累积排放量,与RRN300和FRN300处理相比,N₂O排放通量分别降低了36.0%(P<0.05)和2.1%(P>0.05)。在同一施氮水平下,紫云英-水稻轮作CH₄排放通量和累积排放量最小,与RRN300和FRN300处理相比,MRN300处理CH₄排放通量分别降低了1.1%和6.7%,CH₄和N₂O的全球增温潜势(GWP)分别降低了3.3%和6.5%,单位水稻产量温室气体排放强度(GHGI)分别降低了4.6%和11.6%。综上,紫云英-水稻轮作对提高水稻产量,降低温室气体排放效果最好。     

牧草在重金属污染土壤治理中的修复和综合利用潜力

牧草易栽培,生物量大,产量高,在重金属污染土壤治理中具有良好的应用前景,既可作为农业生产的低积累饲用牧草,也可为重金属污染土壤修复提供高积累植物,是生物质能源植物和污染土壤修复的重要植物.综述了牧草在重金属污染土壤治理中的优势、积累特征、响应机制及主要牧草在重金属污染土壤治理中的应用和效益评估.分析了我国已发现的具有重...