农用地土壤可持续安全利用的研究与实践——以浙江省镉污染农田为例

农用地土壤可持续安全利用对有效改善农用地土壤环境质量、保障农产品质量安全及人体健康具有重要意义。以长江三角洲经济最发达地区之一的浙江省为例,分析探讨了农用地土壤环境存在的主要问题和发展趋势,研究思考了农用地土壤可持续安全利用的理论和方法。在“十三五”期间,基于浙江省历年1︰5万大比例尺农用地土壤污染调查成果,在温岭市、桐庐县等地开展了以农用地土壤重金属镉(Cd)污染治理为重点的省级试点示范工作,综合采取以污染源头解析与防控、多维度农业安全利用技术筛选和应用以及超标农作物秸秆安全处置等方法,形成一批具有显著地域特点、高效防治效果、自主知识产权、适用于Cd轻中度和中重度污染的农用地土壤污染综合治理技术模式。主要结果:(1)大气沉降源是农用地生态系统Cd的主要外来输入源之一,约占总输入量的24%~59%。(2)筛选出以甬优538为主的低积累品种53个,比选出以石灰性物质类为主的钝化材料20种以及以硅基和硒基为主的叶面阻控材料10种。(3)以稻/麦轮作等适用于Cd轻中度污染农用地安全利用技术模式可有效降低土壤有效态Cd20%~50%以上,以超积累植物为主的适用于Cd中重度污染农用地的“边生产边修复”技术模式可有效降低土壤全量Cd30%以上、土壤有效态Cd50%以上,均可实现农产品安全生产。本文创新提出农用地土壤重金属污染可持续安全利用总体思路和技术路径,总结了农用地土壤重金属污染可持续安全利用的经验策略,以期为我国大范围开展受污染农用地土壤安全利用提供示范样板与技术参考。

铁基生物炭海绵与沉水植物协同净化水体中的氮磷

为探讨铁基生物炭海绵与沉水植物协同净化系统对农田退水中氮磷的去除效果,以苦草、伊乐藻、金鱼藻3种沉水植物和铁基生物炭海绵为材料,通过动态循环水模拟渠道的方式,研究不同净化系统对农田退水中总磷、总氮、氨氮的去除效果。结果表明:3种沉水植物均能在较高氮磷浓度农田退水中生长发育,株高及生物量有明显增长。在单一沉水植物净化系统中,金鱼藻对总磷的去除效率最高,达到29.85%,苦草对总氮的去除效率最高,为35.03%,金鱼藻对氨氮的去除效率最高,为83.09%。铁基生物炭与金鱼草协同净化系统对总磷和氨氮的去除效率最高,分别达到56.00%和91.86%,铁基生物炭与苦草协同净化系统对总氮的去除效率最高,为54.05%。研究表明,铁基生物炭海绵与沉水植物协同净化系统对氮磷的去除效果全面优于单一沉水植物净化系统。

毕节烟区土壤理化性质与烟叶化学品质指标的关系研究

为改善毕节烟区土壤理化性状,优化施肥方式,从而提高烟叶化学品质,特采用描述性统计和相关分析研究毕节烟区土壤理化性质和烟叶化学品质之间的关系。结果表明,毕节市各区县土壤理化性质差异较大,都属于中等强度变异,尤其是氨态氮、有效磷含量和阳离子交换量(CEC)变异较大。根据植烟土壤养分评价标准,毕节市土壤大部分有效磷、速效钾和有机质含量偏高。在烟叶品质方面,毕节市烟叶品质整体评价分数偏低,距优质烟叶仍有一定距离,烟叶总氮和钾含量偏低,还原糖和淀粉含量偏高。烤烟品质改性分析表明,总氮含量、总植物碱含量、还原糖含量、糖碱比这4项指标需要优先改进,相关性分析表明,土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量与烟叶总氮、总植物碱和还原糖含量呈显著相关关系,因此,要提升毕节烟区烟叶品质,应优先改良土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量。总体来说,毕节烟区土壤养分含量较高,但养分利用率较低,因此,改善施肥结构和施肥方式,以提升施肥效率,才能改善烟叶品质。

古老铅锌矿山生态型东南景天对锌耐性及超积累特性的研究

植物长期生长在重金属污染的生境中 ,逐渐进化成不同的生态型。通过调查中国东南部古老 Pb/ Zn矿和非矿山生境中的植物种群 ,发现生长在古老 Pb/ Zn矿的东南景天 (Sedum alfredii Hance)是一种新的 Zn超积累植物。在自然和控制条件下 ,古老 Pb/ Zn矿生态型比非矿山生态型植株的茎粗、叶片大、植株高。在矿山土壤 Zn有效含量为 10 5 .5～ 32 5 .4 m g· kg- 1 时 ,矿山生态型东南景天植株地上部 Zn含量为 4 134～ 5 0 0 0 mg· kg- 1 ;当营养液中 Zn浓度为 12 2 3.6μmol时 ,其 Zn含量高达 2 %。在相同 Zn浓度下 ,矿山生态型地上部 Zn含量比非矿山生态型高 30倍左右。两种生态型体内 Zn分布也不同 ,古老铅锌矿山生态型的不同器官中 Zn含量以茎 >叶片 >根系 ,而非矿山生态型则以根系 >茎 >叶片。古老铅锌矿山生态型地上部积累的 Zn占植株总积累量的 90 %以上 ,其中叶片和茎分别占 4 1.6 6 %± 5 .4 6 %和 5 4 .75 %± 5 .87% ;非矿山生态型各器官中积累的 Zn远远低于古老铅锌矿山生态型 ,各器官中积累的 Zn以茎 >根系 >叶片。本研究表明 ,这两种生态型东南景天的发现 ,为今后探讨植物耐高 Zn胁迫和超积累 Zn的微进化过程提供了非常有价值的材料 ,也为

超积累植物吸收重金属的生理及分子机制

超积累植物从根际吸收重金属 ,并将其转移和积累到地上部 ,这一过程包括跨根细胞质膜运输、从根表皮细胞向中柱的横向运输、从根系的中柱薄壁细胞装载到木质部导管、木质部长途运输、从木质部卸载到叶细胞 (跨叶细胞膜运输 )、跨叶细胞的液泡膜运输等主要环节和调控位点。

农业环境质量与农产品安全

工农业及经济的快速发展 ,使我国农业环境污染、质量退化、生态失衡日趋严重 ,农产品污染普遍、安全性降低、危害人体健康 ,制约农业、经济、社会的可持续发展。农业面源污染所造成的化学污染是农产品安全最为突出的问题。我国在 2 0世纪 90年代初就重视无公害农产品生产 ,但标准仍不够健全 ,生产量仍很低。除了管理与监督制度的完善外 ,急待加强农产品安全生产的环境质量标准与控制技术的基础研究 ,包括不同生态环境条件下各类农产品安全生产的环境质量标准 ,操作规范技术 ,提高土壤安全生产能力的生物学调控技术及环境和农产品污染的监测技术和预警方法等。建立一套适合我国国情的农产品安全生产的技术保障体系 ,促进农业可持续发展 。

镉从农业土壤向人类食物链的迁移

综述了镉在环境中的行为，在土壤－植物－人类系统中的迁移。由于粮食作物是镉进入人类食物链的主要来源，因此土壤污染的危害是全球性的，对决定农业系统中镉迁移动力学的关键过程、粮食作物中的镉含量、影响镉植物有效性的各类因子作了综述和讨论。此外，镉在食物中的形态可能影响其有效性及在人体内的分布，故对镉的存在形态作了介绍，镉在植物中主要与第Ⅲ类金属蛋白结合，以植物金属螯合蛋白形态存在．过量接触镉将严重危害人体健康．

不同水稻品种对低氮反应的差异及其机制的研究

在低氮(中度缺乏)和高N(丰足)条件下,地上部干物质生长量和稻谷产量在供试品种间的差异顺序为:汕优64>汕优6号>浙丽1号>秀水48,其中杂交稻与常规稻的差异最大,低N条件下的差异又比高N条件下的明显。结果还表明在低N条件下产量较高的品种吸收利用土壤中N素能力较强,其相关的生物学和生理学特征为:1.根系发达,根系生长量、分布密度以及根对NH_4^+的亲和力均较大;2.地上部干物质生产量和功能叶氮、碳同化代谢关键酶,即硝酸还原酶,各氨酸合酶,RuBP羧化酶的活力均较高。此外RuBP羧化酶活力以及其水平受氮素的提高效应也N-高效品种较明显。这些特性均可以作为筛选和鉴别N-高效作物基因型的生理生化指标。

杂交稻和常规稻生育后期追施NO_3-N和NH_4-N的生理效应

采用盆栽试验,研究不同氮源对杂交稻和常规稻的生理效应。结果表明,在生育后期,NO_3-N比 NH_4-N 更有效地提高水稻叶片叶绿素,可溶性蛋白质和核糖核酸的含量;增加光合磷酸化活力和^(14)CO_2同化速率;提高内源玉米素含量,降低脱落酸的水平。这些效应因叶位和水稻品种而异,上位叶片的反应大于下位叶片,杂交稻又比常规稻明显。试验结果还表明,追施NO_3-N 者,灌浆谷粒中 ATP 水平较高,明显地推迟脱落酸高峰的出现期,并促进^(14)-同化物向穗部运输的能力。这些效应也是杂交稻优于常规稻.

杂交水稻(F_1)光合作用的优势及其与氮素营养的关系

在低N和高N条件下,比较研究了杂交水稻F_1代在生殖生长期功能叶的一些光合作用代谢特性与其亲本的差异。结果指出,杂交稻功能叶的叶绿素含量,光合磷酸化活力和ATP含量在高N条件下的杂种优势比低N条件的大。同样,杂交稻功能叶中^(14)CO_2同化率,RuBP羧化酶的活力及其酶蛋白含量在低N处理中无杂交优势,而高N处理却具有明显的正优势。这表明杂交水稻功能叶的光合作用的杂种优势随N营养水平提高而增大。因此,在预测杂交水稻光合作用优势时必须考虑氮素营养状况。

杂交稻和常规稻生育后期对NO_3^--N和NH_4^+-N的营养效应

利用^(15)N示踪技术研究了杂交稻和常规稻生育后期对不同N源的营养效应。结果表明,杂交稻对抽穗前追施的NO_3^--N的利用率比常规稻高7.8％,回收率高13.2％:追施NH_4^+-N时,杂交稻的N肥利用率比常规稻高6.1％,回收率高14.5％肥源之间比较,收获期NH_4^+-N的利用率和回收率都高于NO_3^--N。肥料N在穗中的分配率,杂交稻比常规稻大15.7—20.2％,但NO_3^--N与NH_4^--N处理间无明显差异。试验结果还表明,抽穗前追施NO_3^--N比追施NH_4^--N能更明显地促进水稻对Ca^(2+),Mg^(2+)的吸收,刺激浮根的生长,增加稻谷产量,而且杂交稻的这些效应大于常规稻。

污染环境生态修复与生物能源开发

2010年污染环境生态修复与生物能源开发国际学术研讨会于2010年10月9～11日在杭州召开。此次会议由浙江大学污染环境修复与生态健康教育部重点实验室主办，中国土壤学会、中国植物营养与肥料学会、浙江省科学技术协会、浙江省微量元素与健康研究会、浙江省土壤肥料学会协办。

微量元素与人类健康

由浙江大学环境与资源学院和浙江省微量元素与健康协会联合主办的“微量元素与健康——农业生态系统中微量元素与健康”国际学术研讨会于2004年10月10～13日在杭州召开。有来自15个国家和地区的共计200名专家和学者参加会议。会议以“农业生态系统中微量元素与健康”为主题，把农业、环境与医学等相关学科的专家聚集在一起，探索农业生态环境中微量元素与人类健康的科学理论，

水环境保护与生态修复

我们说水是生命之源，健康的水是人类生存的必要资源。那么对于人类高等生物健康有利的水生态系统叫做健康水生态系统。浙江是个山清水秀、人杰地灵的地方，水秀了人才能杰。很多河流、湖泊都是人类文明的摇篮，优越的水生态条件也对流域的经济文化发展发挥了重要作用，所以保护修我们的向往，也是我们追求的美好目标。

东南景天对锌镉复合污染的反应及其对锌镉吸收和积累特性的研究

比较和分析了锌镉复合处理对东南景天(SedumalfrediiHance,景天科景天属,一种生长在浙江某一古老铅锌矿区土壤上的新锌超积累植物)的生长及其对锌和镉的吸收积累特性的影响。结果表明,Zn/Cd=500/100μmol·L-1下,植物生长最佳。镉、锌在东南景天体内的含量随着镉、锌处理浓度的提高而提高。锌在植物体内的分布为茎>叶片>根系,在Zn/Cd=1000/50μmol·L-1处理水平植株体内锌含量达到最大,其中茎中锌含量为23.2mg·g-1;而镉在植株体内分布则为叶片>茎>根系,在Zn/Cd=50/400μmol·L-1处理水平镉含量达到最大,其中叶片中镉含量为12.1mg·g-1。在一定处理范围内,锌的加入促进了植物对镉的吸收和积累,但镉的加入对植物体内锌的积累没有显著影响。高锌或高镉处理均抑制了植物对锌和镉的吸收和积累。表明东南景天不仅可以忍耐锌镉复合污染,还具有一定的超量积累锌和镉的能力。

耐低磷水稻基因型筛选指标的研究

采用溶液培养试验,并结合大田试验,研究和探讨了耐低磷水稻基因型的筛选指标.结果表明,溶液培养试验中,在正常供磷和低磷胁迫条件下,在所有调查性状中水稻单株干重都具有较大的基因型间变异(CV分别为2173%和1954%).在所有调查性状的相对值中,相对单株干重(低磷胁迫/正常供磷)也具有较大的基因型间变异(CV为1960%);相关分析表明,相对单株干重与相对根干重、相对株高、相对单株吸磷量、相对地上部磷积累、相对磷利用效率和相对植株磷浓度均呈极显著正相关(P<001).因此,水稻相对单株干重可以作为苗期筛选水稻耐低磷基因型的一个筛选指标.溶液培养试验中水稻的相对单株干重和大田试验中水稻的相对稻谷产量(不施磷/施磷)没有显著相关性,因此溶液培养试验的相对单株干重不能作为评价大田试验中水稻耐低磷能力的指标.低磷营养液培养的水稻体内磷利用效率与缺磷土壤生长的水稻体内磷利用效率呈极显著正相关.因此,直接以低磷营养液培养水稻苗期体内磷利用效率作为筛选指标,然后进行大田试验验证,是一条筛选水稻磷高效利用基因型的有效途径.

东南景天对镉、铅的生长反应与积累特性比较

采用营养液培养法,比较了东南景天(SedumalfrediiHance)在不同的Cd,Pb供应水平下的生长反应,以及对Cd,Pb吸收与积累特性的差异。结果表明,东南景天不仅在生长速度上对不同浓度的Cd,Pb处理反应差异显著,而且在Cd,Pb吸收与转运特性上也有明显差异。东南景天对Cd,Pb耐受的临界浓度分别为500和1000μmol/L,在此浓度以下,Cd,Pb对水培条件下的东南景天的生长基本无抑制作用。东南景天地上部的Cd,Pb含量均随着Cd,Pb供应水平的提高而增加。在500μmol/L的Cd水平下,叶和茎中的Cd含量均达到峰值,分别为5.677和5.274g/kg;叶和茎中的最大含Pb量出现在供Pb200和1500μmol/L的水平下,分别为0.169和1.167g/kg。根中的Cd,Pb含量均在最高的Cd,Pb供应水平下(2500μmol/L)达到最大值,分别为17.820和9.437g/kg。在设定的Cd,Pb供应水平条件下,植株各部位的Cd含量均大于Pb含量。植株不同部位Cd的含量表现为叶>茎>根,而Pb含量表现为根>茎>叶。Cd在东南景天地上部的积累量远大于Pb,且Cd在地上部与根系中积累量的比值均大于1,而Pb则小于1。上述结果说明,东南景天对Pb的耐受性大于Cd,但对Cd的吸收和向地上部的转运能力远大于Pb。从水培条件下东南景天地上部的Cd含量来看,东南景天是一种Cd超积累植物。

利用水生植物原位修复污染水体

在实验围隔系统中,夏季利用凤眼莲、冬季利用耐寒型沉水植物伊乐藻等恢复水生生态系统,研究水生植物对水体氮、磷营养盐、透明度等理化性质的影响.结果表明:水生植物处理围区营养盐水平均显著低于围区对照和大湖水体.最初15d,凤眼莲生长速度快,覆盖面积从100m2增加到470m2;44d后,覆盖面积达到65%,处理围区的水质最佳,总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、亚硝态氮(NO2--N)、高锰酸钾盐指数(CODMn)和叶绿素a浓度最低,透明度达到1.7～1.8m(水底).10月份后,处理围区水体总磷(TP)维持在0.1mg.L-1左右.处理围区透明度提高后,伊乐藻逐渐成为优势种(覆盖面积达到总水域的1/3),在净化水质、维持水质理化性质稳定和提高透明度方面作用显著.表明水生植被恢复可以有效降低水体营养盐,控制浮游植物增长,是改善富营养湖泊水质的重要措施.