环境材料在农业生产及其环境治理中的应用

环境材料是具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料,近年在农业生产及其环境治理中的应用受到重视。在农业生产中,环境材料主要为改善土壤微生态和促进作物生长的环境材料,以及环境友好型的化肥、农药和地膜等新型农资材料;在农业环境治理中,主要为生态破坏和农业环境污染的治理材料。本文就环境材料内涵及其在农业生产和环境治理等方面的研究和应用进行分析,包括农业抗旱节水、土壤重金属污染治理和盐碱地土壤改良等3个方面。(1)环境材料在农业抗旱节水中的应用主要是土壤保水剂和作物叶面抗蒸腾剂。土壤保水剂作用机理包括自身吸水、保水和释水原理、促进土壤改良和保持原理、提高肥料和农药等农化产品利用效率原理、调节植物生理节水效应原理,其合成技术研究比较成熟,但还需加强应用技术研究;作物叶面抗蒸腾剂取得一些进展,但仍处试验阶段,仅黄腐酸类产品应用较快;(2)环境材料在土壤重金属污染治理中的应用研究广泛,生物修复和化学固化修复技术进展较快,但对环境材料修复重金属污染土壤的潜在风险研究不足;(3)环境材料在改良盐碱地中的应用主要是加钙环境材料(石膏)和加酸环境材料(腐植酸),这些环境材料与聚丙烯酰胺(PAM)结合效果较好。此外,本文指出了环境材料在农业生产及其环境治理中应加强的研究方向:一是应加强新型环境材料的研发;二是加强环境材料的应用基础研究与应用效果评价;三是加强环境材料与生物技术和农业工程技术的结合。     

中低镉胁迫下叶面肥对水稻生长状况及镉积累调控效果的影响

为探究自制多养分复合叶面肥对水稻生长状况及Cd积累调控效果的影响,以‘中早39’水稻为试验材料,通过盆栽试验的方法测定了中低Cd胁迫下,喷施叶面肥对水稻生长状况、各部位Cd含量、Cd富集转运的影响,同时分析了水稻籽粒Cd含量与各器官Cd含量的关系。喷施5种叶面肥对水稻籽粒降Cd效果依次为SPSeMgSi,分别降低73.50%、66.41%、58.55%、58.50%、46.86%;叶面喷施S肥籽粒Cd富集系数降低73.5%,籽粒Cd转运系数降低72.9%。5种叶面肥对比而言,叶面喷施S肥降Cd效果最好,若综合考虑水稻生长状况、产量和降镉效率等因素,则叶面喷施Si肥效果最好,且水稻茎秆是影响籽粒Cd积累量的最主要部位,是籽粒积累Cd的主要通路之一。     

我国长江中下游水稻产区铅污染分区划分方法研究

以我国典型水稻产区——长江中下游平原为研究对象,在系统收集文献中20种水稻品种可食部位及其对应土壤中重金属铅(Pb)的协同调研数据基础上,综合考虑了水稻品种和土壤理化性质的影响,探讨了基于物种敏感性分布(SSD)法来划分水稻"宜产、限产、禁产"三区的方法,并以保护不同比例水稻品种反推出了各划分区的土壤Pb含量阈值。研究结果表明:该典型水稻产区的土壤pH与水稻Pb的富集系数间呈负相关,相关系数为-0.46(P0.05),土壤有机碳(SOC)与水稻Pb的富集系数间呈正相关,相关系数为0.91(P0.01),同时由pH和SOC两个变量所建立的回归模型可以解释水稻富集系数83.20%的变异;4种典型情景土壤中的水稻品种敏感性顺序分布基本一致;长江中下游平原区划分水稻"宜产、限产、禁产"三区的土壤Pb含量分别为≤14.81mg·kg-1,14.81～185.24 mg·kg-1和≥185.24 mg·kg-1。"宜产、限产、禁产"划分方法具有较好的科学性、普适性及可操作性,可推广至全国水稻产区的分区划分,将为我国农用地土壤的风险管理提供重要的技术支撑。     

基于CNKI文献分析的镉污染土壤钝化技术概况及效果评估研究

为探讨目前国内针对镉污染土壤的钝化修复研究进展,以CNKI数据库中1980—2018年的镉污染土壤钝化修复的文献为数据源,利用CiteSpaceⅤ和Excel 2013等软件工具,运用文献计量法,对文献从多个维度(即年代分析、研究机构、核心作者、研究热点、钝化剂的种类数量、钝化剂用量及效果评估等)进行文献数据整理和分析,并利用累积概率分布模型初步建立了效果评估和分级方法。结果表明:近年来发表相关文献的数量呈指数增长趋势,主要为高等院校和科研院所;钝化剂以生物炭、石灰和海泡石研究较多。通过概率分布计算:农产品镉降低率大于57.1%或有效态降低率大于50.1%时,效果可初步评估为优;当农产品镉降低率小于34.5%或有效态降低率小于26.9%时,效果可初步评估为差。论文指出钝化修复技术应加强机理方面研究,建立全面科学化、标准化成效评估方法。     

不同环境材料对黄河三角洲滨海盐碱化土壤的改良效应

针对黄河三角洲滨海盐碱化土壤的特点,选取4种含盐量分别为0.13％,0.24％,0.86％和2.07％的土壤,采用脱硫石膏和腐植酸作为改良剂,通过单施与配施组合处理开展土壤改良的淋溶试验,分析4种淋滤液的酸碱度(pH)、电导率(EC)、淋溶后土壤的pH、水溶性全盐、Na+、Ca2+、Mg2+含量,以及钠吸附比(SAR)变化.结果表明:脱硫石膏处理(A)和腐植酸十脱硫石膏处理(C)的土壤淋滤液pH值均显著低于对照(CK)和腐植酸处理(B),而EC显著高于处理A和处理C.对于淋溶后的盐碱化土壤,处理A、B、C均能降低土壤pH、代换性Na+含量和土壤SAR.处理B能够降低土壤水溶性盐含量,但差异不显著,处理A和C能显著提高土壤水溶性盐含量.测定发现,处理C对滨海盐碱土的改良效应最显著,4种土壤淋溶后pH分别较对照CK降低0.26％,0.83％,1.05％,1.83％;Na+含量分别降低82.4％,92.6％,89.1％,78.6％;SAR分别降低97.4％,98.5％,97.7％,94.7％.综合比较认为,在黄河三角洲滨海盐碱土壤改良中,在保证灌溉量的基础上采用脱硫石膏与腐植酸配施可达到良好的盐碱地改良效果.     

不同形态锑对土壤白符跳(Folsomia candida)的毒性差异

为探讨锑(Sb)形态对Sb毒性的影响,积累和完善Sb的基础毒性数据,为Sb的生态风险评估提供更全面的依据,通过滤纸接触试验、土壤和食物暴露试验,评价并对比了两种形态的锑(Sb~Ⅲ和Sb~Ⅴ)对模式生物白符跳(Folsomia candida)的急性、慢性毒性效应及差异。滤纸试验中跳虫在不同浓度Sb~Ⅴ水溶液浸透的滤纸上暴露3 d和7 d后均无死亡现象,Sb~Ⅲ对跳虫的半数致死浓度(LC_(50))分别为325 mg·L~(-1)(3 d)和244 mg·L~(-1)(7 d);土壤暴露试验中Sb~Ⅲ和Sb~Ⅴ对跳虫逃避行为的半数效应浓度(EC_(50))分别为132、344 mg·kg~(-1),Sb~Ⅲ对跳虫的7 d-LC_(50)为2105 mg·kg~(-1)(Sb~Ⅴ的LC_(50)大于设置的最高浓度),Sb~Ⅲ对跳虫的28 d-LC_(50)为703 mg·kg~(-1)(Sb~Ⅴ的LC_(50)大于设置的最高浓度),Sb~Ⅲ和Sb~Ⅴ对跳虫繁殖的28 d-EC_(50)分别为307、8501 mg·kg~(-1);食物暴露试验中Sb~Ⅲ和Sb~Ⅴ处理下跳虫成虫均无明显死亡,对跳虫繁殖的28 d-EC_(50)分别为433、8798 mg·kg~(-1)。试验结果表明,在设置的浓度范围内Sb~Ⅴ不会直接造成跳虫明显死亡,但会对跳虫的生理行为和繁殖产生一定毒性影响,而Sb~Ⅲ对跳虫存活和繁殖均有较大毒性。因此在评估Sb的毒性效应时既要考虑总量也需考虑形态。     

我国耕地土壤重金属输入输出平衡变化分析

为研究我国耕地土壤重金属输入输出平衡现状，本研究根据2015—2020年公开发表的文献和统计数据，建立了我国耕地土壤重金属的输入输出清单，并与2006—2015年的清单进行对比分析。研究结果表明，与2006—2015年相比，2015—2020年大气沉降对我国耕地土壤8种重金属（Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni）的输入量降低了15.8%~65.4%，灌溉水对Hg的输入量增加了86.8%，化肥对Zn的输入量增加了5.9%，畜禽粪便对Cu、Zn、Ni的输入量分别增加了19.4%、64.7%、6.6%，市政污泥对As和Cr的输入量分别增加了22.8%和3.5%。我国耕地土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr和Ni的净输入量分别下降了28.0%、54.1%、43.7%、47.8%、60.7%和48.4%，对大气污染物排放和废水排放的严格管控、对化肥生产工艺和污泥净化工艺的优化、农作物产量的增加是造成重金属净输入量降低的主要原因； Cu和Zn的净输入量分别略微增加了2.4%和7.2%，主要原因是《饲料卫生标准》和《肥料中有毒有害物质的限量要求》缺少对Cu、Zn含量的限制。总体来看，我国当前耕地土壤重金属的输入量大于输出量，重金属呈累积状态，但累积量呈下降趋势。