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。     

不同保水剂对土壤水分和氮素保持的比较研究

保水剂应用对土壤水肥利用效率具有重要影响。本文采用土柱模拟试验方法,以不施保水剂处理为对照,比较3种保水剂——聚丙烯酸盐类保水剂(A)、有机–无机复合保水剂(B)、腐植酸型多功能保水剂(C)对土壤水分和两种氮肥(尿素、硝酸铵)的保持效应,筛选保水剂与氮肥的合理施用配合。8次土壤淋溶结果表明:3种保水剂对土壤水分和两种氮肥都有保持作用,但差异明显。在保水方面,A、B保水剂土壤水分保持效果较好且保水效果相近,C保水剂相对较差;随浇水次数增加,3种保水剂的保水效果均有所降低。在保肥方面,C保水剂对两种氮素的保持效果显著优于对照,且对硝酸铵保持效果优于对尿素的保持效果;A保水剂对尿素的保持效果明显,但对硝酸铵的保持效果很小,淋溶8次后,甚至对氮素淋溶有促进作用;B保水剂对尿素的保持效果8次淋溶后与C保水剂相近,对硝酸铵的保持效果介于其他两种保水剂之间。此外,保水剂对土壤脲酶活性有一定影响,其变化与氮素转化有关;施用尿素的土壤中,保水剂对土壤脲酶活性的影响为B保水剂C保水剂A保水剂,而施用硝酸铵的土壤中为A保水剂B保水剂C保水剂。     

高吸水树脂保水剂提高肥效及减少农业面源污染

高吸水树脂(保水剂)是一种新型多功能抗旱、防污材料,能够快速吸持水肥,增加土壤团粒结构和孔隙度,抑制土面蒸发,提升作物生理机能,减少养分淋失,从而达到提高水肥利用效率和减少肥料污染的作用。近年来,保水剂在农业面源污染防治方面得到了越来越广泛的应用。该文阐述了保水剂的防污作用机理及效能,介绍了保水剂主要防污作用方面的研究,重点对保水剂在农业生产上的防污应用及农用防污型保水剂的研制进行了综述,最后分析了保水剂在农业防污应用和研究过程中存在的问题,提出了保水剂未来进行防污应用的研究方向。     

保水剂在农业改土节水中的效应研究

综合模拟和田间试验,比较研究了保水剂在改良土壤结构、保持土壤水分和节水农业生产中的应用,分析了保水剂对不同作物效应、保水剂对马铃薯应用效果。研究表明,保水剂能有效改善土壤结构,提高土壤保水和释水能力;能有效促进作物生长、增加作物产量和提高水分利用效率。文中还讨论了保水剂应用的发展趋势和研究方向。     

高分子保水剂农业应用研究进展

高分子化合物作为一种新型保水抗旱材料在农业上得到了广泛的应用。保水材料通过自身的吸水供水,增加土壤团粒结构,降低土壤容重,增加孔隙度,抑制蒸发达到保水效果,减小了降雨对土壤的侵蚀。通过减少养分淋失,达到提高肥料利用效率和减少肥料污染的作用。大量试验结果表明高分子保水剂能够促进种子的出苗及植物生长,但必须结合土壤含水率正确使用。未来研究应重点开发低成本保水保肥多功能保水剂,不断扩大保水剂的应用领域和范围。     

腐植酸在土壤改良和污染修复中的应用现状及研究展望

[目的]总结腐植酸在土壤改良和污染修复中的应用成效,为腐植酸的应用研究和产品研发提供科学参考。[方法]在长期对腐植酸资源的特性及其实践应用进行研究的基础上,参考了大量关于腐植酸研究的学术文献,综合分析了腐植酸改良土壤和修复土壤污染的原理、技术和应用情况。[结果]腐植酸可以改良土壤团粒结构,提高肥料利用效率,维持土壤酸碱平衡和促进土壤生物活性,在退化土壤、盐碱地改良,废弃地复垦,重金属和有机物污染土壤修复中具有重要作用。在土壤改良和污染修复应用研究中主要存在如下问题：(1)腐植酸来源和分级分类不清,基础性研究不足。(2)腐植酸新材料和技术研发缓慢,行业整体技术有待提升。(3)腐植酸技术规范和标准建设与应用发展不相匹配,限制推广速度。[结论]未来研究重点应放在如下几方面：(1)煤基和生物腐植酸资源分类、组分分离和互作效应等基础研究。(2)腐植酸在土壤改良和污染修复中的应用基础研究。(3)腐植酸检测方法研究和产品质量标准制定。(4)腐植酸新产品应用研发与示范园建设。     

农田土壤重金属污染现状与安全利用技术研究进展①

重金属污染农田直接影响粮食安全和农业可持续发展。安全利用技术主要通过降低土壤中重金属的生物有效性,减少重金属进入食物链的可能性,对我国现阶段有效地利用重金属污染农田资源和保障食品安全具有重要意义。因此,本文首先分析了农田土壤重金属污染成因与现状,然后综述了低累积作物品种筛选、水肥管理、间作或轮作等农艺调控,原位钝化和叶面阻控等安全利用技术研究进展,最后提出了强化重金属污染农田土壤安全利用研究及应用的对策。     

中国设施土壤重金属累积特征与污染阻控技术研究进展

长期集约化耕作导致中国设施土壤重金属累积和面源污染风险增加的状况已引起广泛关注。该研究总结了中国设施土壤重金属累积状况及其来源,发现长期盲目投入肥料及农药是引发设施菜田土壤重金属累积问题的主要原因。目前,设施土壤重金属累积呈现出广泛性和中轻度污染特征,其中镉是主要的污染元素。遵循面源污染治理中“源头预控-过程阻断-末端修复”原则,基于国内外文献综述,该文总结归纳出适用于设施土壤重金属累积特征与污染的联合阻控技术及作用机制。首先在灌溉和肥药投入等源头环节减少重金属输入;其次在作物种植过程中,通过选用重金属低积累特性的蔬菜种类或品种,结合水肥一体化施用大分子有机水溶性肥料或叶面喷施具有阻控重金属作用的营养型阻控剂,抑制作物吸收重金属;最后在末端修复环节,利用具有多元功能的土壤改良剂或微生物菌剂进行土壤钝化修复,或采用具有超重金属富集能力且能提高设施土壤生物多样性的植物作为填闲作物,实现生物修复的目标。该联合阻控技术的原则在于协同考虑污染防治、土壤改良、减肥增效等农学和环境目标,集成土壤修复与改良、水肥一体化、填闲作物栽培等技术,并兼顾设施土壤重金属污染修复工程所面临的投入品成本较高、经济效益不明显、缺失可持续改良导致效果不稳定等问题,优推能够钝化重金属并改良土壤的多功能土壤改良剂以及具有阻控重金属吸收、提高作物抗逆性的多功能有机水溶性肥料。上述措施能解决设施土壤普遍存在的重金属累积问题,提升土壤的安全生产能力,可为设施农业可持续发展提供更有效的技术支撑。     

保水剂与肥料互作及保水缓/控释肥料研究展望

保水剂在农业上的作用日益重要,肥料与保水剂一体化使用是水肥调控的重要技术,是肥料研究的国际前沿。保水剂是吸水量超过自身重量数百倍以上的亲水性高聚物。保水剂一般分为天然的,合成的及半合成的。保水剂与肥料可以通过物理混合、包膜或化学合成三种方式结合为一体化的保水缓/控释肥料。保水剂具有吸水吸肥功能,保水剂可吸附大量中性分子,对阳离子养分也有较强吸附作用,对阴离子养分吸附弱。肥料种类与盐浓度影响保水剂的吸附作用与膨胀能力。保水缓/控释肥料在土壤中对肥料养分有延迟释放作用。保水缓/控释肥料可改善土壤持蓄水分和水肥交互作用,促进植物对养分的吸收和作物增产。保水缓/控释肥料发展方向是包膜和化成保水缓/控释肥料。保水缓/控释肥料湿润及养分控释机理研究也需要加强。     

保水剂特性测定及其在农业中的应用

高分子化学材料的保水剂,具有高倍吸水和保水能力,种类较多。该研究测定了钠类保水剂主要化学特性改土保土效应。通过田间试验,分析其对作物产量和肥料利用率的影响。研究表明,保水剂溶液钠离子和电导度随其浓度增加而增加,但增幅较小,对pH值影响不大。钙、镁等二价离子对聚丙稀酸钠保水剂的吸水力拮抗作用明显,与尿素混用无不良效果。土壤加入保水剂后,其保水能力增加,改善结构,沙壤土较重壤土更显著。当土壤中保水剂含量在0.005%～0.01%范围时,土壤团聚体增加量明显。在-0.5MPa土壤水势压内,含保水剂0.5%的土壤中90%水分可为植物根系利用。研究认为,保水剂保水作用主要表现4方面:自身保水、改良土壤结构增加土壤保水、促进植物生长提高肥料利用率、缓慢释水减少蒸发。田间试验发现,穴施15kg/hm²的保水剂的玉米和马铃薯分别增产22%和16%,投产比为1∶3.5和1∶4.2。保水剂与尿素或尿素磷肥混合使用于玉米,可分别提高尿素和磷肥利用效率18.72%和27.06%。     

氮磷肥施用对保水剂钝化土壤重金属铅镉效果的影响

[目的]探讨氮磷肥施用对保水剂钝化土壤重金属铅镉效果的影响,为揭示土壤水肥保持和重金属污染治理的协调性机制,制定SAP应用技术规程等提供参考。[方法]采用土柱淋溶试验方法,比较添加氮肥和磷肥对SAP钝化土壤铅(Pb)、镉(Cd)效果的影响。[结果]在Pb,Cd复合污染土壤中SAP用量为1.0g/kg时,控氮释磷效果较好,相比无SAP的对照处理,Pb累积淋失量减少5.1%,Cd累积淋失量增加13.6%;氮磷肥添加试验表明,添加氮肥的SAP处理Pb累积淋失量增加76.7%,Cd累积淋失量增加47.6%,添加磷肥的SAP处理Pb累积淋失量减少26.0%,Cd累积淋失量减少20.5%;添加复合氮、磷肥的SAP处理Pb累积淋失量减少2.3%,Cd累积淋失量增加8.3%。[结论]保水剂具有控氮释磷效应,且对土壤中的Pb,Cd有一定钝化作用;氮肥降低SAP钝化Pb,Cd的效果,而磷肥增强SAP钝化Pb,Cd的效果;氮、磷肥复合对SAP钝化Pb的效果影响不显著,但会降低SAP钝化Cd的效果。     

Cd、Pb单一及复合污染下土壤酶生态抑制效应及生态修复基准研究

由于土壤酶活性可有效地反映土壤重金属的污染程度,因此,本文通过研究Cd、Pb单一及复合污染对土壤酶（脱氢酶、磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶、淀粉酶和蔗糖酶）活性的影响,以期选取合适的土壤酶指标作为Cd、Pb污染的生物标记物,为建立Cd、Pb污染生态修复的基准提供科学依据。研究结果表明,不同的土壤酶活性对Cd、Pb的敏感性各不相同,并且酶活性随土壤重金属浓度增加表现为叠加效应或拮抗效应。Cd、Pb单一及复合污染对脲酶活性抑制作用显著,Cd、Pb复合污染对脲酶活性表现为叠加效应,因此,脲酶可作为土壤Cd、Pb污染的生物标记物。通过半数生态剂量模型研究发现：Cd、Pb污染下,50%脲酶活性受抑制的毒性阈值分别为2273和2703;Cd污染土壤的生态修复基准值为1.33mg·kg-1,Pb污染土壤的生态修复基准值为106mg·kg-1。     

水肥调控技术及其功能性肥料研究进展

综述水肥调控的有关技术,以及以高吸水性树脂 (super absorbent polymer,SAP) 为保水、缓/控释材料制备保水型缓/控释肥料的研究进展,为今后此类肥料的开发、应用提供依据。水分和养分是限制我国旱地农业可持续发展的主要因子,以肥调水,以水促肥,充分发挥水肥的协同效应是提高水肥利用率的关键。目前,水肥调控 (耦合) 技术的实施主要通过农艺措施和施肥灌溉技术来完成。近年来,随着SAP性能的不断改善和使用的普及,人们对SAP在吸水保水的同时,对土壤肥料养分的保持和缓释作用开始给予了重视,以SAP为保水、缓释材料的保水型缓/控释肥料的研究成为水肥调控研究的热点。SAP与一般聚合物不同之处是它具有高度亲水性,聚合物的骨架是一个适度交联的网状结构,进入树脂分子内的养分离子或分子可以以各种结合形式被暂时固定而延缓了养分的释放。土壤中可溶性盐对SAP吸水性能有重要影响,但尿素分子影响甚小。保水型缓/控释肥料可通过养分负载、复混或包膜等工艺制备。保水型缓/控释肥料是水肥调控 (耦合) 技术、化学制剂保水节水技术和肥料缓/控释技术的综合运用和物化的载体,兼具吸水、保水和养分缓/控释功能,实现水肥在同一时空条件下的一体化调控,同时提高水分和肥料的利用效率,在农业、林业、环境修复、生态工程等领域具有广阔的应用前景。未来工作是进一步寻求合适的SAP制造原料和工艺,降低成本;应用分子设计,改善SAP的结构,提高生物降解性,控制盐分的不利影响,提高肥料的吸水、保水和对养分的缓释性能;加强养分释放机理和不同于普通缓/控释肥料评价方法的研究。     

沈哈高速公路两侧土壤重金属污染特征及评价

为探讨高速公路对农田土壤重金属污染的影响,对沈哈高速公路两侧农田60个土壤样品Ph、Cu、Zn、Cd分布状况进行了分析。结果表明,高速公路两侧在距路肩0—320m范围内,Cu、Pb和Zn全量和有效态含量总体上呈现随距离增加而降低的趋势,Cd的变化规律不明显。高速公路两侧的土壤已不同程度出现重金属富集现象,其中Pb属轻度污染且主要集中在东侧距路肩20m处,Cd属重度污染。受研究地点主导风向的影响,高速公路东侧农田土壤的Ph含量明显高于西侧。高速公路旁土壤重金属以Ph、Cd污染为主,污染物主要来源于汽车尾气。     

施肥条件下保水剂对土壤蒸发和土壤团聚性状的影响

通过在两种质地土壤中施加"科瀚98"保水剂与肥料配比对土壤累积蒸发量及土壤团聚体含量的变化、分布及养分状况的影响进行了研究.结果表明,土壤累积蒸发量曲线可以用幂函数给予描述.土壤中的团聚体含量随着保水剂用量的增加而增加,其中质地较轻的黄绵土较质地重的(土娄)土的土壤团聚体数量增加较多;保水剂与肥料共同作用时,肥料用量越大,土壤团聚体含量越低.土壤团聚体中的NO-3-N和NH -N含量随着保水剂用量的增加而增加,同时其贮量也得到相应的增加.     

连续施用沼液对土壤性质的影响及重金属污染风险评价

为实现沼液资源化利用,采用3年田间定位试验研究施用猪粪沼液对土壤理化性质的影响,并评估其对土壤潜在的重金属污染风险。田间试验种植方式为水稻—油菜轮作,施肥方式分别以清水和常规化肥为对照,另设10个猪粪沼液施用量梯度。通过单因子污染、内梅罗综合污染和Hakanson潜在生态风险指数法,评价连续施用猪粪沼液对土壤潜在的重金属污染风险。结果表明:当3年沼液施用总量为(546.25～626.00)×103 kg/hm2时,能显著提高土壤肥力,改善土壤结构,防止土壤生态功能遭破坏,保障农业安全生产,但需合理配施氮肥,防止土壤养分失衡;单因子污染指数显示土壤重金属Cd、As、Cr、Hg为轻度污染,Pb较安全;内梅罗综合污染指数显示Cd、As、Pb、Cr、Hg总体为轻度污染;Hakanson潜在生态风险指数显示Pb、Cd、Cr、As存在轻微潜在生态污染风险,Hg存在中等潜在生态污染风险,综合潜在生态污染风险程度属轻度;沼液还田引起土壤环境重金属污染的风险较小,需合理管控Hg和As可能引起的土壤环境污染问题。     

土壤保水剂与氮肥的互作效应研究

为进一步揭示土壤保水剂与氮肥的互作效应,采用NH4Cl和KNO3作为指示氮肥,分析了6种保水剂的吸水保肥能力.结果表明:氮肥溶液中的离子强度、保水剂聚合物类型以及粒级是影响保水剂吸水率的关键因素.保水剂释放和吸收NH4 量高于NO3-量;其释放和吸附氮肥的能力,明显受粒级与生产过程中添加的复合成分的影响.保水剂与氮肥的互作效应主要受保水剂自身组成和结构及氮肥水溶液离子强度制约.研究表明土壤保水剂对氮肥的吸附使其具备保肥功能,对揭示其保肥机理具有重要理论意义.