长三角典型区土壤重金属有效态的协同区域化分析、空间相关分析与空间主成分分析

以昆山市为典型区,采集了126个表层土壤样品,通过多元统计学、地统计学与GIS技术相结合,采用基于协同区域化理论的因子克立格法探讨了长三角多个土壤重金属有效态的区域分异,并在剖析不同空间尺度有效态重金属的空间结构特征基础上,应用空间相关分析和空间主成分分析来揭示引起这种分布格局的成因和污染来源,结果表明,昆山土壤有效态重金属服从正态或对数正态分布,变异系数较大,有效态Cd污染最重.重金属有效态在空间上可划分为块金尺度、小空间尺度（15 km左右）和大空间尺度（40 km左右）,它可用3个尺度的实验（交叉）变异函数的协同区域化模型线性拟合.空间相关分析中,Cd和Zn在3个尺度中的相关性均极显著,且元素在小尺度和大尺度的相关性比块金尺度更强,大尺度的负相关特征较其它尺度明显.空间主成分分析表明,不同尺度的空间污染来源不同.重金属有效态第一、二主成分的空间分布格局结果表明重金属有效态含量与工业活动、污水灌溉和土壤性质密切相关.     

砖红壤中Al和Pb的竞争吸附

从pH值和离子加入量两个角度研究了砖红壤中Al和Pb的竞争吸附 .结果表明 ,当低数量的Al和Pb共存时 ,离子的吸附量与其单独存在下的情形相比都有所下降 ,该现象在低pH值的条件下较为明显 ,而随着pH值升高则逐渐减弱 ;若Al和Pb共存时的初始浓度均为 1 0mmol·l- 1 ,两者之间的竞争吸附在pH 3 5至 5 5范围内都较为显著 ;此外 ,当0 1mmol·l- 1 的Pb与 1 0mmol·l- 1 的Al共存时 ,Al的吸附没有受到Pb的影响 ,此时尽管Al和Pb的浓度比为 1 0∶1 ,但土壤对Pb的吸附并没有被Al完全抑制 ,反映出土壤表面某些吸附位对Pb具有高度的选择性     

某电子废弃物拆卸区土壤、水和农作物中砷含量状况研究

为研究电子废弃物拆卸、废旧金属冶炼等是否对周围环境造成砷积累和污染,选取浙江省台州路桥区为调查对象,通过测定在该区采集的水、沉积物、土壤以及稻米和蔬菜中的砷,以了解该地区环境中砷的含量特征和潜在风险,并对土壤-水稻系统砷的分布和吸收转运规律进行了初步分析.结果表明,地表水和地下水砷含量平均值分别为 8.26μg/L和18.52μg/L,部分地下水超过WHO推荐的饮用水标准(10μg/L),但没有超过我国相关环境标准Ⅲ级限值(50μg/L).沉积物砷含量平均值为9.62mg/kg.水田土壤和菜地砷含量平均值分别为7.11mg/kg和6.17mg/kg,均在一级标准范围内,该区农田土壤总体上未受砷的污染.糙米和蔬菜中的砷平均值分别为165.1μg/kg和144.2μg/kg,均未超过我国规定的食品卫生标准.土壤-米糠-糙米中砷含量之间相关性显著.冶炼源周围的土壤和米糠中砷含量较其他源高,可能已经对周围土壤-水稻砷积累产生影响.     

典型养殖型湖泊中的重金属含量及健康风险特征——以宿鸭湖为例

为评估典型水产养殖型湖泊中的重金属含量水平及其人体健康风险特征,系统采集并测定了宿鸭湖湖水、周边地下水、沉积物及鱼体中的重金属含量.在此基础上计算了不同重金属在不同介质间(湖水-鱼体、湖水-沉积物及沉积物-鱼体)的转移因子,并通过健康风险指数计算定量分析了宿鸭湖水生态系统中重金属对人体的健康影响,以及不同暴露途径的风险贡献率.结果表明:Zn、Ba和Sr在不同介质体内含量均较高,而Sn和Cd的含量均比较低.Cr和Zn在鱼体中的均值含量超过WHO鱼类产品中重金属的含量限值,具有潜在毒性;湖水和地下水中的所有重金属浓度均低于饮用水标准中的相关限值;部分沉积物样品中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb含量超出环境保护部《土壤环境质量标准》(GB15618—2008)自然背景值,但低于美国华盛顿州沉积物化学标准(WAC 172-204-320)中的含量限值,已构成轻微污染.不同介质间的转化因子分析表明,鱼体对湖水中的Zn、Sr、Ba、Cu、Cr、Ni、Co、Sn和Cd均存在富集作用;但除Zn以外,鱼体对沉积物中的其他重金属无明显的富集作用;宿鸭湖水生态系统中的重金属Cr对人体的HRI值为1.6,其健康危害效应不可忽视;食用鱼类是导致Cr人体健康危害的主要途径,贡献率高达94%;最后,与非养殖型湖泊相比,宿鸭湖水库中鱼体内Pb和Cr的含量明显偏高,且重金属从湖水到沉积物的转移因子明显偏高,而从湖水到鱼的生物浓缩因子相对较低.     

南方红壤区西南桦和马尾松人工林土壤微生物活性及细菌多样性比较

目前,西南桦(Betula alnoides)和马尾松(Pinus massoniana)均是广西红壤区大规模种植的人工林树种。为了分析和评价这两个树种对土壤肥力和生态质量的影响,本文采用了稀释平板法和氯仿熏蒸提取法等传统方法分析了两种人工林土壤可培养微生物数量、微生物量碳、微生物量氮、涉及土壤碳、氮、磷循环相关酶活性等表征微生物活性的指标。同时,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析了两种人工林土壤细菌多样性。结果表明,西南桦人工林土壤中可培养真菌数量与马尾松人工林虽无明显差异,但可培养细菌和放线菌数量均明显高于相应的马尾松人工林。土壤中β-葡萄糖苷酶、磷酸酶和蛋白酶活性在两种人工林之间虽无明显差异,但西南桦人工林各土层土壤的微生物生物量碳、氮指标均优于对应的马尾松林,表现出比马尾松更优的生态效果。此外,西南桦人工林土壤中各土层细菌多样性指数(Shannon-Wiener index)均高于相应的马尾松人工林土层。综上,比马尾松相比,西南桦是更有利于提高红壤区土壤肥力和维持林地土壤生态质量的造林树种。     

基于中性盐提取的土壤重金属固液分配与自由态金属离子浓度测定

采用0.01mol·L-1CaCl2、0.002mol·L-1Ca(NO3)2和纯水(UPW)3种常用提取剂对我国南方两种典型农田重金属污染土壤进行提取试验.同时,应用土壤重金属固液分配多表面模型来预测提取液中重金属含量,结合道南膜技术(DMT)测定Ca(NO3)2提取液中自由态金属离子浓度,并与ECOSAT模型计算值进行比较.结果表明,提取剂中Ca2+浓度增加能显著提高土壤重金属溶出率,而提取液pH、溶解态有机碳(DOC)浓度却随溶液Ca2+浓度增加而降低.多表面模型(Multi-Surface Model)对大部分提取液金属浓度有较好的预测效果,部分土样提取液Cu、Pb、Zn浓度的预测效果较差.DMT测定的Ca(NO3)2提取液自由态重金属浓度与模型计算值较为一致,能够较准确地测定土壤溶液自由态重金属离子浓度.     

稻草覆盖对红壤旱地棉田土壤肥力和生物学性状的影响

通过对棉田进行不同量的稻草覆盖,研究了不同稻草覆盖量对土壤的化学性状和生物学性状的影响。结果表明：稻草覆盖不但能改善土壤的化学性状,增加土壤微生物,同时能增强土壤酶活性。棉花种植前和收获后相比,稻草覆盖能够明显增加土壤有机质、全氮、全磷、全钾和速效钾的质量分数,并随着覆盖量的增加而升高,而速效氮、速效磷质量分数在棉花种植前和收获后相比呈下降趋势。少量覆盖最有利于土壤微生物的增加,中量覆盖放线菌和硝化细菌会有所减少,大量覆盖反而会让部分微生物减少。另外,稻草覆盖处理均有提高土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶及脲酶活性的作用,且过氧化氢酶、蔗糖酶的活性随着稻草覆盖量的增加而增强。     

离子强度和SO2-4对土壤吸附Al的影响

研究了离子强度和SO4^2-对土壤吸附Al的影响，结果表明：在所研究的pH范围内，随着NaCl支持电解质浓度的提高，土壤对Al的吸附量基本保持不变，并且当pH＜3．9时，即土壤表面净电荷为正时，土壤对Al的吸附量仍然很大，超过最大吸附量的50％，而用CaCl2作支持电解质时，当pH＜4．5时，在溶液中CaCl2浓度最高的情况下，Al的吸附量最小，在其余两种浓度条件下则基本相等；当pH＞4．5时，Al的吸附量几乎不受CaCl2浓度变化的影响。SO4^2-的加入对土壤吸附Al没有影响。这些都说明土壤吸附Al的作用机制主要为专性吸附。     

施用化肥对农业生态环境的负面影响及对策

论述了肥料的过量使用对我国的农业生态环境质量的负面影响，提出了合理施用化肥防治环境污染的对策。认为过量施用化肥引起土壤酸化和板结、重金属污染、硝酸盐污染和土壤次生盐渍化，从而导致土壤肥力下降，并且造成水体富营养化，淋溶污染地下水，致使作物品质下降，硝酸盐含量超标，并通过食物链危害人体健康。此外，认为化肥对大气环境的影响主要集中在氮肥上，氨挥发和NOx、CH4及CO2的释放，不仅能引起温室效应，而且还能够引起臭氧层的破坏。提出了相应的对策：增加科技教育的投入，提高农民的科学文化素质，提高全民的环境意识；合理施肥；结合国家的调控政策，在粮食产量与环境保护、作物产量与产品品质之间找到平衡点。     

农业科技发展态势与面向2020年的战略选择

1.至2020年农业领域科技发展新趋势新特点。世界农业科技发展新趋势将体现在如下5个方面：（1）植物种质资源与现代育种科技,如大规模植物种质资源发掘,光合作用研究的突破将加快现代育种大变革速度,系统生物学将为大规模基因资源发掘和利用提供系统的理论与技术基础,分子设计育种将产生突破性品种并催生智能品种诞生,第二代生物质原料生产将成为大农业的重要组成部分;（2）动物种质资源与现代育种科技,如大规模动物种质资源发掘,传统育种和基因工程相结合培育新品系是动物遗传育种发展方向,动物克隆技术和转基因动物将进一步取得突破,良种化和健康养殖科技发展迅速;（3）源节约型农业科技,如耕地资源集约利用与耕地质量定向培育科技发展,农田生态系统节水技术体系和建设流域水资源保障体系,高效新肥料研制和集成农田生态系统养分技术,低碳农业技术将成为未来的重要技术;（4）农业生产与食品安全科技,如支撑食品安全的生产技术发展迅速,更加关注营养保健功能食品的科技和食品安全监控技术,危险性快速评估技术体系技术得到广泛应用;（5）农业信息化和精准农业科技,如农业信息服务网络化科技和种养业管理信息化科技将加速发展,精准农业科技进入新的发展阶段,农业装备制造技术向大型和复式作业等方向发展。2.中国农业发展和粮食安全面临的挑战和对科技的重大需求。（1）农业发展面临新的挑战。在生产上,小规模经营与大市场和现代化的矛盾更加突出;耕地刚性下降和水资源短缺对农业形成的威胁越来越严峻;科技体系不能适应市场发展和农民对技术的需求;许多农业资源的利用和管理与农业食物系统的可持续性相悖。在市场上,对食品质量和安全将提出更高要求;整个农产品供应链系统正经历着历史性变化;贸易自由化使农产品进口压力进一步加大。（2）国家粮食安全面临的挑战：我国粮食安全于2008年已经突破了95%自给率目标,2010年更下降到90.6%;我们预测,我国粮食需求在2020年将达到6.7亿t,在现有政策下需求增长将高于生产增长,粮食自给率到2020年将下降到87%左右。（3）农业科技创新是发展农业和保障国家粮食安全的重大需求：面对农业发展和粮食安全的挑战,我国急需在植物种质资源利用与现代育种、动物种质资源利用与现代育种、资源节约型农业、农业生产与食品安全、农业信息化和精准农业等五大科技领域实现突破。为此,国家最近对农业科技发展提出了新的要求,特别是构建＂生态高值农业＂技术体系。中国科学院的优势在于多学科联合,能够在科技综合研究和集成基础上实现重大突破。如果把以上五大科技领域联合起来,在＂生态高值农业＂科技发展上将能起到国家科技发展的引领作用。3.面向2020的农业科技战略选择：构建我国生态高值农业产业体系。生态高值农业含义：所谓＂生态＂,就是要体现农业既能为社会提供安全、优质的农产品,又能实现农业资源的永续利用;所谓＂高值＂,就是要体现农业有很高的土地产出率、投入产出率、劳动生产率。因此,＂生态高值农业＂是集约化经营与生态化生产有机结合的现代农业。它以健康消费需求为导向,以提高农业市场竞争力和可持续发展能力为核心,是转变农业增长方式、提高农业综合生产能力的集中体现。生态高值农业科技的发展目标：到2020年,通过重点农业科技领域的重大创新突破,为不断满足日益增长的农产品总量、质量、安全和多功能的需求以及改善农业生产结构、生态环境和农业资源永续利用等生态高值农业体系提供科技支撑。生态高值农业研发内容：（1）提升＂中国至2050年农业科技发展路线图＂的理念与五大科技领域的研究水平;（2）建立生态高值农业的综合技术体系;（3）研发六大城市圈（如北京、上海、重庆、武汉、沈阳、南京等）、十大典型区域生态高值农业发展模式及其技术支撑体系（长三角城市群郊区生态高值农业模式,华中种养加一体化农业圈层模式,西南山地立体农业生态高值农业模式,南方亚热带特种农林果综合开发模式,滨海滩涂农业综合开发利用模式,黄土高原水土保持及农林果流域开发模式,黄淮海平原粮养加农业综合模式,东北平原粮食基地综合开发利用模式,西北寒旱区农牧综合开发模式,北部漠境盐湖综合整理开发模式）;（4）建设农产品产业化、加工产业化和综合产业化三大体系。最后在上述4个层次研发基础上,全面建立我国生态高值农业产业化网络体系。我国生态高值农业技术体系的构建：根据我国的现状,目前应主要从以下几个方面进行技术创新,（1）无公害农产品种养殖技术;（2）农产品加工技术;（3）我国传统农业精华技术;（4）标准化生产技术;（5）高新农业技术。对中国科学院提出的建议：（1）将＂生态高值农业＂列为中国科学院＂十二五＂的重大研发项目;（2）组织＂农业领域战略研究组＂和中国科学院有关单位提出生态高值农业建设的项目规划,并通过院部将此项目向国家有关部委推荐;（3）组织全院农业科研力量,联合全国的有关力量,首先在城市郊区农业与经济相对发达的地区,建立我国＂生态高值农业＂模式及其配套技术体系。