“十四五”土壤质量与食物安全前沿趋势与发展战略

土壤质量与食物安全和人体健康息息相关。土壤质量与食物安全这一分支学科作为"十四五"土壤科学发展战略重要的组成部分,致力于治理与改善耕地土壤质量以应对粮食安全危机。文献计量结果表明,与发达国家相比,中国在该领域的研究起步较晚,但近年呈现加速上升甚至有超越的趋势。随着气候及环境污染问题凸显,国际上的相关研究热点集中于环境监测、土地利用、施肥管理、污染修复(重金属、抗生素、有机农药和病原微生物)及可持续发展等方面。本学科以土壤质量、土壤污染和粮食安全为重点研究方向,通过与地理信息学、环境科学、应用数学、医学等学科的交叉融合,借助同位素源解析、生物地球化学循环、分子生物学等前沿性理论与技术,未来将解决区域土壤质量监测、养分质量管理、食物安全与人体健康风险、土壤-作物系统中污染物迁移转化及阻控修复等关键科学问题。     

基于整合高通量绝对定量法的土壤微生物多样性分析

目前,常用的高通量测序技术只能得到微生物群落结构的物种种类和相对丰度,而整合高通量绝对定量法（iHAAQ）结合了高通量测序技术和qPCR技术,可以进一步计算得到微生物群落结构的绝对含量。相对丰度和绝对含量均是描述微生物群落结构的必备指标,其中相对丰度适合描述和评价微生物群落结构在单个样本内微生物之间的关系,而绝对含量更适于描述和评价微生物群落结构真实的数量变化以及在样本间微生物之间的关系。本研究基于发表的香蕉土传病害、再造沙地农业生态系统和微生物抑制剂作用3篇文献的高通量测序和qPCR数据,通过整合高通量绝对定量法获得3篇文献中古菌域、细菌域和真核生物域的真菌三类微生物群落结构的绝对含量数据,并进一步计算出这三类微生物整体（简称三域微生物）的绝对含量和相对丰度,从而对土壤微生物群落结构不同物种的相对丰度和绝对含量进行分析,旨在更加深入、准确地揭示土壤微生物群落及其生态功能。结果表明：（1）土壤中细菌的物种丰度和绝对含量高于古菌和真菌,在三域微生物中占据主导地位,缺乏绝对含量指标可能造成对微生物群落结构变化理解的偏差;（2）基于相对丰度和绝对含量数据分析,微生物群落结构α多样性指数结果相同,但β多样性指数结果不同;（3）在香蕉土传病害和再造沙地农业生态系统研究中,三域微生物的PCoA结果与细菌的结果较为相似,表明这两项研究中三域微生物群落结构主要受细菌的影响,但在微生物抑制剂的研究中未发现类似结果。整合高通量绝对定量法可以应用于所有同时进行高通量测序和qPCR测序的研究,在未来的土壤微生物群落结构研究中,采用高通量绝对定量法开展三域微生物群落的物种种类、相对丰度和绝对含量的整体评价,具有重要的生态学意义。     

中国土壤化学的研究与展望

回顾土壤化学中重要研究领域的研究进展,可为21世纪土壤科学的长远发展提供基础学科分支的理论依据。本文在简短回顾我国土壤化学发展历程的基础上,总结讨论了近年来我国土壤化学的研究特点、现状及部分进展,并据此对该领域的未来研究趋势及重点发展方向作了概括性展望。综合分析认为,对土壤进行宏观调控要以土壤微观性质的认识为前提。新近基于分子尺度微观光谱技术对土壤微观性质的原位观测及认识的飞跃是近年来我国土壤化学研究领域迅速发展的基础;近代土壤学、环境科学、生态学、生物地球化学、化学、生物学以及地质医学等多学科的交叉与渗透又进一步拓展了传统土壤化学研究的领域,促进了土壤化学多个分支学科的形成和发展;立足农业生产,同时着眼于人类生存环境转变,建立具有中国特色的可变电荷土壤化学理论与技术体系,完善现代土壤学理论,是今后中国土壤化学研究的重要发展方向。     

杭嘉湖地区水稻土中氟的分布特征

测定分析了杭嘉湖地区400余份水稻土土样中氟（全氟、交换态氟和水溶态氟）的含量，对该地区水稻土中氟的土壤环境质量评价基准值进行了初步研究。结果表明，水稻土中的全氟与可交换态氟含量均呈正态分布。水溶态氟的含量符合对数正态分布。在5种不同母质发育的水稻土中，河相沉积物发育的水稻土全氟含量最高，算术平均值为333．1mgkg^-1；海相沉积物发育的水稻土次之，为324．3mgkg^-1；黄壤和红壤性坡残积物最低，为245．4mgkg^-1。海相沉积物发育的水稻土水溶态氟和可交换态氟含量最高，分别为1．55mgkg^-1和4．03mgkg^-1。不同类型的水稻土（渗育性水稻土、潴育性水稻土、潜育性水稻土和淹育性水稻土）剖面中耕作层的全氟含量均高于亚耕层，而剖面中水溶性氟的分布规律则相反。初步确定杭嘉湖地区水稻土中氟的环境质量评价基准建议值全氟为413．9mgkg^-1，水溶态氟为2．54mgkg^-1。     

我国氟的土壤环境质量指标与人体健康关系的研究概况

综述了我国氟的土壤环境质量指标与人体健康关系的研究概况,包括氟的地球化学行为与生物有效性及其影响因素;我国水、食物、大气中氟健康标准的研究;我国地氟病的地理分布;我国地氟病地区氟的土壤环境质量指标研究。     

中国重金属污染耕地土壤安全利用存在问题与建议

中国耕地土壤重金属污染情况不容乐观,如何安全利用重金属污染耕地仍是当今亟需解决的农业和环保问题。本文综合分析了近几年不同污染程度耕地土壤的安全利用措施,提出重金属低积累作物种植、重金属钝化技术、农艺调控及种植结构调整为当前污染耕地土壤安全利用的主要手段,并指出污染源防控力度不足、土壤污染与作物安全性关系不明、原位钝化技术风险及低积累作物利用效果的局限性仍然是中国污染耕地土壤安全、高效利用面临的主要问题,建议进一步完善污染土壤评价标准、健全污染土壤防控体系、优化污染土壤安全利用技术,以推动重金属污染耕地土壤的安全、高效和可持续利用。     

基于知识图谱分析的污染场地研究现状与发展趋势

为了解国内外污染场地相关研究状况,利用知识图谱工具VOSviewer、CiteSpace与HistCite对Web of Science核心合集数据库中发文的主要国家（地区）与机构、主要发文期刊、主要研究学者、重要文献和研究热点及其变化趋势等进行了计量分析。结果表明：（1）污染场地的研究涉及多个国家之间相互合作,发文机构中中国科学院、橡树岭国家实验室、滑铁卢大学、中国科学院大学与亥姆霍兹环境研究中心在该研究领域合作广泛。中国于近五年发文量超过美国,成为该领域发文最多的国家。（2）污染场地研究的主要发文期刊有Science of the Total Environment、Chemosphere、Environmental Science & Technology、Environmental Science and Pollution Research等,Naidu Ravi、Huang Guohe、Megharaj Mallavarapu等是该领域发文较多的研究学者。污染场地前十（TOP 10）的重要文献中,生物修复相关内容中占据了较高比例。（3）关键词聚类网络主要可分为污染场地生物毒理研究、土壤重金属及修复技术、污染物环境行为及水体修复、有机污染物生物修复等4类。（4）文献计量的结果分析表明土壤与地下水均为污染场地有害物质重要承载体,污染场地中土壤和地下水具有一体性,如果忽视了对地下水中污染的修复,则可能会导致场地的二次污染。重金属与多环芳烃是污染场地重点关注的污染物,我国目前重金属污染防治工作依然不容乐观,需要进一步加强和落实相应工作。寻求高效绿色的修复技术仍是解决污染场地问题的一个重点,提升微生物修复技术在有机污染场地修复中的应用价值,具有重要意义。     

新形势下大豆产地土壤环境保护与功能提升的研发建议

大豆在我国农业和人体膳食结构中具有重要的不可替代性。本文系统梳理了影响大豆高产创建和品质安全的土壤环境与微生态障碍相关研究进展。文献计量结果表明,近20年国际研究热点主要聚焦于除草剂的土-水界面吸附与迁移过程、重金属污染的食物链安全风险、大豆生长与污染毒理、地下病害防治等方面,更多关注大豆抵抗污染胁迫和病害的逆境适应性生理调节机制,缺少对影响大豆生长和引起大豆减产的地下土壤过程的研究,中国对大豆产区的地下土壤环境过程与微生态效应的关注也较少。在国家粮食安全战略调整及农业供给侧结构性改革新形势下,围绕大豆产业研究的后续工作迫切需要有机结合粮食丰产增效和污染耕地安全利用攻坚战,注重从只聚焦土壤肥力、优化育种及栽培生理、追求大豆产量,向同时关注土壤安全与微生态健康、保障大豆质量安全、支撑大豆产业高质量绿色发展进行转变,开展协同大豆产地土壤健康与污染防控的高产创建系统研究,更加凸显产地土壤环境保护与功能提升在大豆绿色生产和高质量发展中的作用。     

Sherlock MIS系统鉴定土壤中大肠杆菌O157∶H7的研究

<正>污水灌溉和人畜粪肥施用一直是国内外农业中有机废弃物资源化利用的重要途径,这种现象在我国尤为普遍。然而,生活污水含有大量细菌,工业和医院废水更是富含各种病原体,污泥、垃圾和粪肥均可能携带大量病原微生物和寄生虫卵。显而易见的是,这些有害生物种群可随污水灌溉和粪肥施用进入环境中,并通过污染土壤、水源、大气和农畜产品等途径传播或"引燃"疫情的爆发,从而对     

控温条件下秸秆腐解过程中黄泥田氮素转化及酸度对水肥耦合的应答

【目的】在华中低产酸化黄泥田双季稻区,研究不同温度、水分条件及施肥对添加微生物促腐菌剂下秸秆腐解过程中土壤氮素转化和酸度矫治的影响。【方法】采用室内培养试验,于15℃和35℃条件下,设2个水分条件[40%和100%最大田间持水量(WHC)]及2种氮肥处理(尿素、猪粪),动态监测水稻秸秆腐解过程中土壤无机硝态氮(NO-3-N)、 铵态氮(NH+4-N)和总水溶性氮(TDN)含量,以及土壤pH变化在105 d培养周期内的变化特征。【结果】温度与各形态氮含量及土壤pH间均缺乏相关性,不同温度下水分、 氮肥类型对氮转化及pH影响大致相同; 35℃和15℃条件下几乎整个培养周期内,各处理铵态氮含量表现为WHC40%+U WHC40%+M WHC100%+U WHC100%+M,即尿素处理优于猪粪处理(P0.01),不论添加何种氮素均表现为WHC40% WHC100% (P0.01);NO-3-N和TDN含量顺序为WHC100%+U WHC100%+M WHC40%+U WHC40%+M,其中后二者NO-3-N含量无差异,WHC100%条件下NO-3-N和TDN含量均显著高于40% WHC(P0.05); 氮净矿化量为WHC40%+U WHC100%+U,添加猪粪处理后在两水分条件下都为负值,表现生物固定,而净硝化强度为WHC100%+U WHC100%+M,低水分含量的两氮肥添加均表现弱硝化;各处理至培养结束时土壤pH均大幅提升,pH值大小呈WHC40%+M WHC40%+U WHC100%+M WHC100%+U,净变化值则分别为+0.35、 +0.51、 -0.61和+0.15,其中,WHC100%+M处理虽然最终表现有0.61单位降低,但在前期仍有大幅上升的现象。【结论】高温度、 水分含量下,施尿素可因其短期内氮矿化与pH(高净氮矿化量、 净硝化量、 酸度提升)方面的优势而作为田间推荐的水肥耦合管理措施;微生物在氮素循环中对设定的温度条件有一定适应能力;相比于尿素在改变各种氮浓度和诱导pH变化方面的良好作用,猪粪从供氮时效方面讲,是一种可采用的但也相对难以利用的氮源。