Environmental Implication of Intensive Farming Practices on North China Plain

Abstract

The current pressure on production resources of North China Plain, such as land and water to feed the growing population, necessitates the assessment of the sustainability of farming practices. This study focuses on the sustainability of farming practices related to groundwater and soil fertility management. The assessment is based on selected site-specific key indicators and their established threshold limits. The current farming practices in the study area are clearly unsustainable. Only about 6% of the surveyed farm households practice sustainable farming. The study stresses that farming practice, which is economically sustainable, should not be promoted at the cost of environment. Holistic strategies need to be developed and implemented that aim at balanced use of inputs, which satisfy both productivity and environmental concerns.     

Microbial community structure and dynamics of starch-fed and glucose-fed chemostats during two years of continuous operation

The microbial community structures of two mesophilic anaerobic chemostats, one fed with glucose, the other with starch as sole carbon sources, were studied at various dilution rates (0.05–0.25 d^–1 for glucose and 0.025–0.1 d^–1 for starch) during two years continuous operation. In the glucose-fed chemostat, the aceticlastic methanogen Methanosaeta spp. and hydrogenotrophic methanogen Methanoculleus spp. predominated at low dilution rates, whereas Methanosaeta spp. and the hydrogenotrophic Methanobacterium spp. predominated together when dilution rates were greater than 0.1 d^–1. Bacteria affiliated with the phyla Bacteroidetes, Spirochaetes, and Actinobacteria predominated at dilution rates of 0.05, 0.1, and 0.15 d^–1, respectively, while Firmicutes predominated at higher dilution rates (0.2 and 0.25 d^–1). In the starch-fed chemostat, the aceticlastic and hydrogenotrophic methanogens coexisted at all dilution rates. Although bacteria belonging to only two phyla were mainly responsible for starch degradation (Spirochaetes at the dilution rate of 0.08 d^–1 and Firmicutes at other dilution rates), different bacterial genera were identified at different dilution rates. With the exception of Archaea in the glucose-fed chemostat, the band patterns revealed by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of the microbial communities in the two chemostats displayed marked changes during long-term operation at a constant dilution rate. The bacterial community changed with changes in the dilution rate, and was erratic during longterm operation in both glucose-fed and starch-fed chemostats.     

太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值研究

为了探讨太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值,采用原位营养盐富集生物模拟实验,研究了太湖梅梁湾浮游植物对不同浓度无机磷(PO43--P)的生长响应.结果表明:外源磷添加能显著的促进浮游植物生长,但存在阈值.当磷浓度低于0.02mg/L时,藻类生长速率和生物量是可控的,当磷浓度高于0.02mg/L时,生长速率和生物量没有变化,因此春季藻类生长的无机磷阈值为0.02mg/L,相当于总磷阈值为0.059mg/L.太湖目前只有部分湖区总磷年平均浓度处于总磷阈值以下,控制流域的磷负荷,降低太湖的浮游植物生物量将是一个长期过程.     

生物质燃烧源排放烟尘罩稀释采样系统设计与应用

为研究生物质燃烧源颗粒物与气态污染物的排放特征,设计了可用于生物质燃烧排放实验室模拟研究的烟尘罩稀释采样系统.该系统可模拟生物质燃烧释放的高温高浓烟气排放到大气中的冷却、稀释、生长等理化过程,捕集燃烧排放的细颗粒物和多种痕量气态污染物.通过更换不同内径采样嘴等方法,系统稀释倍数可在10~70倍之间调节.详细介绍了系统的设计原理及结构,并对系统可靠性进行了检验.整个采样系统通过了气密性测试,分级采样系统平行性良好,细颗粒物损失在可接受范围,对燃烧状态扰动低,燃烧状态可实时评估.应用该系统测定了我国南方地区典型生物质燃烧源含碳污染物种的排放特征,结果表明其适于模拟各种类型的生物质燃烧.     

基于保护地下水的北京市土壤通用筛选值推导

分别采用三相平衡耦合地下水稀释模型(以下称方法1)和SESOIL耦合地下水稀释模型(以下称方法2)对北京市不同水文地质条件(永定河山前冲洪积扇顶部区域、中上部区域和下部区域)下27种VOCs(挥发性有机污染物)、31种SVOCs(半挥发性有机污染物)、11种农药/PCBs(多氯联苯)及二英基于保护地下水的土壤通用筛选值进行推导. 结果表明,下部区域土壤通用筛选值最保守,顶部区域次之,中上部区域最宽松. 采用方法1推导的中上部区域土壤通用筛选值分别是顶部区域和下部区域的1.1~1.4、9.9~34.9倍,顶部区域土壤通用筛选值是下部的10.7~24.9倍;采用方法2推导的中上部区域土壤通用筛选值是下部区域的9.8~49.9倍. 对于有连续非饱和带弱水层的中上部区域及下部区域,方法2推导的结果较方法1宽松. 其中,PAHs(多环芳烃)、PCBs、二英、多数农药及酯类等高K_oc(有机碳-水分配系数)污染物均难以穿透清洁非饱和土壤进入地下水;而对于VOCs、酚类等低K_oc污染物,方法2推导的中上部区域土壤通用筛选值普遍是方法1的4.3~18.4倍,下部区域为方法1的3.0~24.6倍. 考虑到土壤通用筛选值应具有风险筛选功能及一定保守性,建议各种污染物以顶部区域方法1推导结果及中上部区域和下部区域方法2推导结果中最保守的值作为北京市基于保护地下水的土壤通用筛选值.      

农用地土壤重金属生态安全阈值确定方法的研究进展

农用地土壤重金属生态安全阈值作为农用地土壤环境质量基准制定的重要依据,近年来随着多学科的共同发展,农用地土壤重金属生态安全阈值的确定方法变得越来越完善,但目前对其的研究综述却鲜见报道。因此,文章综述了农用地土壤重金属生态安全阈值的确定方法,详细阐述了点模型、概率模型以及经验模型中的代表方法在确定农用地土壤重金属生态安全阈值方面的概念、原理、发展及应用,并深入探讨了各方法的适用情况和优缺点,系统分析了各方法在确定农用地土壤重金属生态安全阈值时的不确定性及影响因素,最后在前人的研究基础上提出了今后的主要发展方向,以期为我国农用地土壤环境质量标准的完善与细化及农用地土壤其他污染物生态安全阈值的确定提供参考依据。     

烟草对砷的吸收累积特征及其健康风险研究

以福建省主栽烟草品种翠碧1号、K326和云烟87为材料,在外源砷添加量为0、10、20、40、70和100 mg·kg~(-1)的土壤中进行盆栽试验,探讨砷对烟草的毒害效应以及砷在土壤-烟草体系中的迁移累积特征,并对植烟土壤中砷的安全临界值进行计算。结果表明,在砷毒害下,烟草生长受到抑制,且烟草根系生长受抑制程度最强。随着砷添加量的增加,土壤中有效砷含量和烟草各部位砷含量均显著提高(P 0.05),砷在根系中的含量最高,在茎中的含量最低。砷处理下各部位间的转移系数表现为TF_((茎-叶)) TF_((土-根)) TF_((根-茎)),且外源砷的增加促进砷从茎到叶片中转移。38.28%～74.37%的砷富集在烟草根部,上部叶中砷的富集量最少(4.61%～11.7%),且所研究的3个烟草品种中翠碧1号对砷的富集能力最强。根据通过吸烟进入人体砷的限量以及土壤有效砷含量与烟草中部叶砷含量的回归模型,推算出翠碧1号、K326和云烟87的植烟土壤有效砷的安全临界值分别为14.17、14.31和11.86 mg·kg~(-1)(磷酸二氢钠浸提)。并将福建省植烟土壤有效砷的安全临界值拟定为11.86 mg·kg~(-1)(磷酸二氢钠浸提)。本研究结果为福建省烟草安全生产提供一定技术指导。     

1961—2011年珠三角城市群度日变化特征

根据1962—2011年珠三角城市群9个气象观测站逐日平均气温资料,采用度日模型和基准温度21．8℃,分析了珠三角城市群冷度日和热度日月际、年际及年代际的变化特征。结果表明,珠三角城市群冷度日集中在4一10月,以7月份最大,热度日集中在11月一次年3月,以1月份最大,各站冷度日和热度日的最大值差别均较小;冷度日呈明显的上升趋势,上升速率在18．8～87．900·d·10a。之间,最小值出现在1976年,最大值出现在1998年之后,热度日呈明显的下降趋势,下降速率在28．7～60．7℃-d-10a-1之间,最小值多出现在21世纪10年代,最大值多出现在1969年,20世纪80年代以来,冷度日上升和热度日下降的趋势均加快,佛山、深圳尤为明显。CDD与年平均气温的变化呈显著的正相关,HDD与年平均气温的变化呈显著的负相关。CDD、HDD的这些变化特征可能与年平均气温的上升有关,也可能与当地经济的快速发展有关。     

环境质量标准制订中的关键技术问题

为提高我国环境质量标准的科学性、系统性和可操作性,从分析我国环境质量标准存在的问题出发,通过阐述环境质量标准制订原理,对比分析国外相关标准,对不同要素环境质量标准制订中的4个关键的共性技术问题——保护对象或用途功能划分、阈限值及阶段目标设立、污染物项目选择、划区实施与监测评价进行了研究.结果表明:应针对不同的保护对象或用途功能,依据环境基准研究成果,设定不同的污染物项目和限值要求;污染物项目应明确指标含义,限值要求应适当区分阈限值及阶段目标;应根据区域、流域主导功能,划区实施标准并开展监测评价工作.      

镍对蔬菜毒害临界值的研究

采用水培＋土培的方法研究了镍对蔬菜的毒害临界值。先采用水培法从18种福建常见蔬菜中筛选出对镍毒害的高敏感蔬菜,再通过土培试验确定土壤镍对高敏感蔬菜的毒害临界值。结果表明,在水培条件下镍对蔬菜生长存在低浓度的刺激效应和高浓度的抑制效应。综合表观症状和蔬菜地上部生物量降低20％的效应浓度值（EC20）确定清江白（Brassica chinensis L．）和蕹菜（Lpomoea aquatica Forsk．）为镍毒害的高敏感蔬菜。以蕹菜为指示作物的土培试验表明,随着镍添加量的增加,蕹菜地上部生物量显著下降。以土培条件下蕹菜地上部生物量降低10％为依据,确定土壤有效镍毒害临界值为2．21mg·kg^-1（DTPA提取）;根据野外采集的菜园土壤DTPA提取镍和全镍的回归关系,求得土壤全镍毒害临界值为43．67mg·kg^-1。