高分子保水剂在土壤水肥保持和污染治理中的应用进展

高分子保水剂(super absorbent polymer,SAP)是一种具有高吸水和保水能力的高分子聚合物,应用土壤具有水肥保持和土壤改良等多重效应,近年在农业生产、水土保持和污染治理中应用受到重视。该文通过作者多年研究积累和文献综合分析,回顾了高分子保水剂发展历程,提出其效应原理的理论体系,包括保水剂自身吸水、保水和释水原理,保水剂促进土壤改良和保持效应原理;保水剂提高肥料等农化产品利用效率原理;保水剂调节植物生理节水效应原理和固化土壤重金属效应原理。此外,文章对保水剂在农业水肥保持与高效利用、土壤重金属污染治理等方面的研究进展进行了系统分析,并根据其存在问题,指出加强新型产品研制及其应用基础研究,加快应用技术推广是保水剂发展的主要方向。     

山坡地节水农业的物理化学方法和蓄水耕作法研究概述

在查阅大量文献的基础上,较为详细地论述了化学试剂浸种,抗蒸腾剂,抗旱剂,保水剂及土壤改良与作物抗旱力的关系,通过对水土保持复合耕作法,蓄水覆盖耕作法,截流蓄水沟耕作法及集水深蓄耕作法的概述与分析,以期为黄土高原节水农业的持续发展提供切实可行的耕作措施。     

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。     

中碱性镉污染农田原位钝化修复材料研究进展

农田土壤重金属污染威胁人类健康,其修复成为环境领域的研究热点。钝化修复因具有修复速率快、成本低、操作简单、不影响农业生产等特点,广泛应用于大面积重金属污染农田尤其是酸性农田修复治理中。相应,针对酸性重金属污染土壤的钝化修复材料也得到了广泛研究,然而,针对中碱性重金属污染土壤的钝化材料研究相对较少。从无机类、有机类以及复合型3种类型的修复材料概述了钝化修复材料在中碱性Cd污染土壤中的研究进展。总结了中碱性重金属污染土壤钝化修复材料以选用复合型材料为宜,且以钙镁磷肥、椰壳生物炭、油菜秸秆生物炭、腐殖酸形成有机-无机复合效果较好且经济环保。其次,从钝化剂的合理施用、风险评估等方面提出展望,以期为中碱性农田土壤重金属污染修复提供参考。     

生物质炭改良土壤研究进展

综述了生物质炭的生产原料和基本性质,分析了生物质炭对改善土壤理化性质的作用、改善土壤微生物环境的作用、土壤重金属和有机污染的修复作用等原理及应用,并对其在土壤改良中的应用进行了展望。     

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。     

土壤重金属污染及其修复技术研究进展

重金属污染严重影响植物的生长发育,影响作物的产量和品质,并通过生物链放大作用进一步对人类和环境造成严重危害,因此重金属污染已成为世界性的重大环境问题。本文综述土壤重金属污染的现状、修复和调控的重要性及对无公害生产的影响,提出用农艺调控、植物修复及微生物修复技术来治理和修复重金属污染的土壤。     

天然多孔矿物材料在土壤改良和土壤环境修复中的应用及研究进展

天然多孔矿物在孔隙结构、吸附特性、离子交换特性、催化特性、微溶效应等多方面呈现明显特殊性和优异性,能够有效地改善土壤微环境和修复污染的土壤。文中对天然多孔矿物及其改性材料在土壤改良和土壤环境修复中的应用及研究进展进行了综合阐述,其中包括天然多孔矿物材料的环境属性、结构化学特性、在土壤改良中应用、在重金属污染土壤修复中应用、在有机物污染土壤修复中应用和在病毒污染土壤修复中应用等多个方面的内容,为天然多孔矿物在土壤环境科学研究中使用提供必要的技术依据。天然多孔矿物的资源特性和环境属性非常适合于我国土壤环境的改良和修复的应用条件,具有重要的研究和经济意义。     

抗蒸腾剂研究及其在农业中的应用

作物应对干旱胁迫时,气孔在协调蒸腾和光合作用方面起到了关键作用。越来越多的研究者们开始关注气孔行为与植物抗旱能力之间的关系。在农业生产上,研究者们通过不同方式调节气孔运动和改善气孔微环境,在提高作物抗旱性的同时促进作物产量形成。其中提高作物抗旱能力的一种有效方式就是使用抗蒸腾剂。本文介绍了近些年研究较多的成膜型抗蒸腾剂和代谢型抗蒸腾剂的作用机理,并对两类抗蒸腾剂的应用效果进行了比较。最后提出了抗蒸腾剂研究新动向,一是数学模型在抗蒸腾剂研究中的应用,将抗蒸腾剂对植物作用分解为环境因子变化并引入光合作用-蒸腾作用-气孔导度耦合模型,从而建立抗蒸腾剂新品种快速筛选与适用性评估机制的可能性;二是通过红外测温法评估抗蒸腾剂效果,红外测温法能够快速获得大面积植被蒸腾瞬时信息且测温仪便于携带,在田间试验中可用于喷施抗蒸腾剂后作用效果连续观察,并且基于测定数据计算作物水分亏缺指数(CWSI)在抗蒸腾剂改变作物抗旱能力研究方面具有较高应用价值。最后指出未来抗蒸腾剂研究应针对作物不同生育阶段特点与生产要求,建立包括多种抗蒸腾剂品种在内的组合使用方法,进一步扩大抗蒸腾剂应用范围,优化其使用效果。     

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。     

环境材料对Pb、Cd污染土壤玉米生长及土壤改良效果的影响

为探索环境材料对种植于Pb、Cd污染土壤中的玉米生长、品质的影响, 以及对Pb、Cd重金属污染土壤的改良效应, 本文采用温室盆栽方法, 研究了不同环境材料[腐殖质类材料(HA)、高分子材料(SAP)、煤基复合材料(FM)及粉质矿物材料(FS)]及其复合处理对Pb-Cd复合污染土壤中玉米(Zea mays L.)生长、品质及根系土壤环境的影响。结果表明, 添加环境材料组合F22(FM+SAP)、F23(FS+SAP)及F32(HA+SAP+FS)能促进苗期玉米生长, 长势好于对照; 所有环境材料处理中玉米地上部粗灰分含量都低于对照, 添加单一环境材料对玉米地上部粗淀粉含量的提高效果高于对照、优于组合; 处理FM、F33(SAP+FM+FS)及F4(HA+SAP+FM+FS)对土壤中Pb固定效果显著, 抑制土壤中Pb向玉米体内迁移; 单一处理FM、FS及组合F33(SAP+FM+FS)对土壤重金属Cd固化效果明显, 抑制土壤中Cd向玉米体内迁移。环境材料的添加在一定程度上有助于土壤基本理化性质的改善, 促进土壤改良, 同时环境材料对阻止土壤重金属向植物体迁移有一定作用。     

环境矿物材料在土壤环境修复中的应用研究进展

环境矿物材料(包括天然矿物及改性和人工合成矿物等材料)已经广泛应用到有机污染、重金属污染及病毒污染土壤中。本文在回顾环境矿物材料研究进展的基础上重点综述了环境矿物材料在修复重金属、有机污染物和病毒污染土壤中的应用。其中,重点论述了硅酸盐矿物、磷灰石、金属氧化物等天然矿物材料,以及改性和人工合成矿物材料在修复重金属污染土壤中的应用效果及其机理;同时阐述了硅酸盐矿物和金属氧化物在修复有机污染和病毒污染土壤中的应用效果及其机理;最后展望其主要研究方向。     

高含砾土壤中保水剂对杏树蒸腾及果实品质的影响(简报)

高含砾土壤保水能力差,保水剂的应用为其节水措施提供了一条重要的途径,该文通过施用保水剂后其土壤水分、蒸腾和杏树果实产量品质的变化,分析杏树水分利用特征,为提高该种土壤水分利用效率,进而制定高效、合理的节水措施提供理论依据。该试验采用热扩散法边材液流探针（TDP）对昌平北流果园试验地15 a生杏树液流进行连续监测。结果表明：保水剂对土壤水分及杏树蒸腾影响明显,特别是在2个干旱阶段土壤水分与蒸腾都呈显著提高。在试验期间保水剂（每株200 g）处理平均土壤质量含水率相对于未施保水剂处理约提高了21.53%,平均日蒸腾量提高了20.62%。同时施用每株200 g保水剂处理相对于其他处理单果质量与果实维生素C含量明显提高,可见施用保水剂后对于提高水分利用效率、果实品质有明显的效果,是解决高含砾土壤中水分利用率低的有效途径。     

扬中地区农田土壤重金属污染调查与评价

对扬中地区主要农田土壤进行了采样监测,按照国家无公害农产品产地的环境质量标准,采用单项污染指数法和尼梅罗综合指数法对土壤的8个重金属污染指标进行了环境质量评价。结果表明,扬中农田土壤均受到重金属轻污染,其中Cd、Hg污染主要与化肥、农药等大量施用有关;As、Pb、Cu、Zn污染可能与工厂废气及汽车尾气排放有关;而Cr、Ni污染主要与长江石灰性冲积母质特征有关。结合1990年的土壤数据,计算了重金属的累积速率,反映近年来重金属的不断输入。污染区的农产品生态效应研究表明,重金属污染已经威胁到农产品安全。     

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。     

农林生物质制备铁炭复合材料及其环境污染治理应用的研究进展

以农林生物质为原材料,通过加入铁磁性助剂制备铁炭复合材料是农林生物质高值化利用和受污染水体及土壤治理的重要途径。铁炭复合材料具有高比表面积、丰富表面官能团和优异吸附性能,能够通过表面物理吸附和氧化还原作用,快速吸附污水中的重金属离子,并在外部磁场的吸引下实现快速分离回收和循环使用。该研究论述了不同制备方法的铁炭复合材料及其材料性能,对其去除有机染料污染物、治理污水和土壤重金属的研究现状及发展动态进行了分析和讨论。在此基础上,结合铁炭复合材料的结构发育机理和污水治理及土壤改良的产业发展现状,提出了兼顾低成本、易合成、高效益的复合材料制备方式建议,以期为其在环境污染治理中的广泛应用提供理论和实践参考,进而推动农林生物质资源化高值利用,助力生态环境的绿色低碳高质量发展。     

基于物联网技术的土壤温度水分远程实时监测系统的构建和运行

物联网能够通过传感器和互联网将任何物体联系起来,为进行实时跟踪监测、管理和研究提供了有效手段。该技术在土壤生态系统研究领域具有应用前景,但在国内发展滞后亟待深入研究和拓展。本研究将物联网技术与土壤生态环境因子监测研究相结合,选择三峡库首地区典型土壤和不同施肥条件下的脐橙为对象,通过野外安装土壤剖面温度水分传感器、环境温湿度传感器、有线和无线数据传输网络硬件,同时定制开发了一套远程监控管理软件平台,构建了一个基于物联网的土壤环境远程实时监测系统。该系统是利用交叉学科优势对土壤生态因子监测和研究手段在时空范围上拓展和探索,克服了传统原位采样和测试方法带来的滞后和误差,提高了获取数据的效率和准确性。利用该系统特点通过进一步研究脐橙生长过程对土壤剖面温度水分实时动态的响应机制,可深入探讨脐橙高效生产和提高水肥利用率的措施,验证物联网技术在土壤生态因子研究中的准确性和可靠性。该系统的构建和运行,将为三峡库区优质脐橙生产提供科学依据,为土壤干旱预警、水土流失以及面源污染监测提供科学手段。     

生物炭和无机肥对盐碱滩涂围垦农田土壤性状的影响

在重度盐碱滩涂围垦的土地上,添加不同量的生物炭(0、3、6、9 hm~(-2)),在玉米不同生育期施加无机肥,对照CK不施肥,研究土壤在不进行作物种植下的性状变化。结果表明:自然条件下重度盐碱土地土壤物理性状变差,施用无机肥加剧了土壤的退化程度;在未种植作物条件下,生物炭添加没有对降低土壤容重起到促进作用,同时也没有提高土壤饱和含水量及田间持水量;团聚体组成分析显示生物炭用量在3 t hm~(-2)时土壤中2 mm团聚体增加最多;雨季时雨水淋洗显著降低土壤0~20 cm土层盐分,生物炭用量越大土壤盐分淋洗效果越明显;八月份和九月份时随着雨季结束,地下水位升高、太阳辐射增强加速了盐分在表层土壤的积聚,生物炭添加能有效抑制盐分在表层的积累,但无机肥添加又阻碍了这种抑制作用。     

铅污染土壤的植物修复技术研究

量大面广的铅污染土壤已成为国内外环境保护与治理中不可忽视的问题,植物修复技术在治理铅污染土壤方面具有多种优势。综述了植物修复技术的特点及类型、目前已发现的铅超富集植物及其筛选方法、植物富集铅能力的影响因素和铅超富集植物耐性和积累机制等方面的研究进展,并指出了目前尚未解决的问题及未来发展趋势。