某污灌区重金属与两种持久性有机污染物(POPs)污染趋势评价

对某污灌区的土壤剖面进行采样分析,利用不同的评价方法进行评价,结果表明,土壤中金属元素Cr、As、HG、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn和持久性有机污染物BHC、DDT含量有上升趋势,80%以上的表层土壤样品污染物含量超过土壤底层,85%以上的土壤样品污染物含量明显超过当地土壤的自然背景值.通过污染物在土壤中的残留模型预测,两种有机污染物和元素Cr、As、Hg、Cd、Cu会在土壤中累积,持续的污水灌溉可能使在土壤中累积的这些污染物进入地下水或食物链,对环境健康造成危害.     

土壤生物与可持续农业研究进展

农业的可持续发展是人类文明持续繁荣的重要保障。从原始农业到工业化农业的发展历程,是"自然力"不断削弱,"人为调控力"不断加强的过程。新兴的可持续农业,则希望将人为调控和自然过程协调融合,建立近自然的高效的现代农业体系。但是,面对土壤生物极高的多样性、生物和非生物过程的复杂互作及其高度的时空异质性,基于还原论的传统科学研究方法探究地下生态系统的"自然过程"困难重重。人为管理措施对农田生态过程调控的针对性和调控效果受到极大限制。尽管如此,土壤生物在生态系统服务中的作用已在世界范围内得到空前重视。如何充分发挥土壤生物在可持续农业中的作用,已成为现代农业研究领域的重要突破口。简述了土壤生物与可持续农业研究的学科发展历史,总结了农业管理措施对土壤生物及土壤食物网特征的影响,突出了土壤生物群落在可持续农业模式中土壤结构改善、土壤肥力提高和化肥农药减施等方面的积极作用;最后探讨了当前的研究难点和未来的研究方向,并对如何充分发挥土壤生物在现代农业中的贡献进行了初步的思考。认为:土壤有机质,土壤结构和土壤食物网以及三者的内在联系是可持续农业研究的关键。土壤有机质管理是调控土壤结构、土壤食物网及生态系统生...     

海南岛龟鳖资源保护与可持续利用

目的 海南岛地处热带,具有丰富的龟鳖物种多样性.为了有效保护这一珍贵资源,对该地区龟鳖的多样性、养殖现状及保护管理需求进行总结和讨论.方法 根据有关文献和我们的调查结果,从龟鳖多样性、养殖现状、保护和可持续利用的管理等方面进行分析.结果 海南岛现有龟鳖6科14属18种,占中国龟鳖的50%,其中有1种野外灭绝,有5种处于极度濒危状态,有11种处于濒危状态;国家一级重点保护的有1种,二级保护的有9种.海南岛是我国龟鳖养殖种类最多、规模最大的地区,有龟鳖养殖户330多户,养殖龟鳖120余种.结论 海南岛龟鳖资源丰富,养殖规模巨大.应进一步加强野生龟鳖资源的保护和管理,将龟鳖纳入国家重点保护的野生动物范围,继续开展保护繁育放归活动.同时,从多方面加强龟鳖养殖的产业化发展,促进龟鳖资源的可持续利用.     

雷州半岛灯楼角珊瑚礁的生态特征与资源可持续利用

分布于雷州半岛西南部灯楼角的珊瑚礁,自海向陆可分为6个生态带,已鉴定出现代活石珊瑚(Scleractinia) 13科2 5属39种3未定种。该珊瑚礁位于热带北缘,附近人口密集,它的发育受自然因素和人类活动双重制约。气候方面,近4 2 a来的温度总体上升有利于本区珊瑚礁的发育,而台风活动对本区珊瑚礁可能有负面的影响;人类活动对本区珊瑚礁的影响表现为旅游业的快速发展与保护行动滞后威胁珊瑚礁、渔业和养殖业影响珊瑚礁、作为建筑材料使用而破坏珊瑚礁等3个方面。作为一种重要的海洋生态资源,本区珊瑚礁若得以科学保护,将具有广阔的可持续利用前景     

汕头湾表层沉积物重金属污染与潜在生态风险评价

汕头湾作为华南地区重要的出海门户,汕头市主要的旅游区和水产养殖基地,其环境污染问题已成为制约当地经济发展的重要因素,为此2002年在此开展了重大科技术兴海项目,以海洋沉积物质量标准、单因子污染指数和潜在生态风险评价体系对汕头湾表层沉积物重金属污染现状和潜在生态风险进行了评价。结果表明:汕头湾表层沉积物中Cd,Cu,Pb,Zn的平均含量超过海沉积物质量标准(Ⅰ类);以单因子污染指数评价,Cd达到很强污染等级,Zn为强污染,Cu,Ni,Pb为中等污染;以单元素生态系数(E_rⁱ)评价,只有Cd的潜在生态风险达到很强等级,其它元素则只属于轻微潜在风险范畴;以多元素潜在生态风险指数(RI)评价,汕头湾的潜在生态风险水平处于中等强度;重金属含量分布特征与重金属污染及潜在生态风险的空间差异性一致,表现为由上游至下游呈波状递减趋势,其中以牛田洋和汕头港上游最为严重;这一污染特征主要是由集水区域内的产业结构特点、河流入海口及排污口的分布以及汕头湾的地理和水文特性所决定的。     

珠江(广州河段)表层沉积物中重金属的生态风险研究

随着广州市截污工程的实施,珠江（广州河段）外源污染得到有效控制后,沉积物内源污染将成为影响河流水质的重要因素。我们测定了珠江（广州河段）沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg和As 7种重金属的浓度,研究了它们的分布特征和潜在生态风险。结果表明：在主干流河道的顺流断面中,各种重金属元素整体上表现出明显的倒“W”型分布。在各内河涌的各监测断面中,花地涌沉积物中重金属浓度最高,乌涌最低,其余各河涌居中。各种重金属元素的空间分布特征基本相似,除了Hg与Cd、Cr、As之外,其他各元素之间均呈现较明显的正相关关系,尤其是Cr和Cd、Cu和Cd、Cr和Cu之间的相关性显著,表明这些重金属元素在沉积物中的浓度具有共同变化的趋势。潜在生态危害指数法的评价结果显示,7种重金属元素的生态危害系数的大小顺序为：Hg>Cd>Cu>As>Pb>Zn>Cr,其中Hg是最主要的生态风险因子。对单个重金属的潜在生态危害系数（ ）和多个重金属的潜在生态危害指数（RI）的分析,生态风险最大的断面是5#（黄歧）、6#（黄沙）、16#（花地涌北出口）、7#（横滘）和14#（增埗桥）。     

基于综合生态风险的云贵高原土地利用优化与持续利用对策

以云贵高原地区为研究对象,综合考虑区域自然特征、生态背景和社会经济发展状况,建立了以自然灾害、人为活动、生态敏感性和生态服务功能重要性为主要风险因子的综合生态风险评价指标体系与模型,并计算出云贵高原地区土地开发利用综合生态风险指数。通过与DEM和土地利用类型数据进行空间叠置分析,最终得到云贵高原地区实际可利用土地面积约为3586 km~2,不足该地区国土面积的1%,主要分布在楚雄、红河、曲靖、昆明、黔南等地。为确保区域土地资源的可持续利用,提出对策建议:(1)要转变粗放、低效的用地方式,节约集约利用坝区可开发用地;(2)要及时转变城乡建设用地方式,因地制宜的推动工业项目、城镇建设向山坡、丘陵发展;(3)要加强可开发利用地区生态保护与建设,在推进低丘缓坡荒滩等未利用土地的开发利用过程中,将地质灾害和水土流失防治、生态环境保护置于优先地位,制定防治措施。通过云贵高原地区的案例研究,提出了综合生态风险评价的方法,为基于生态风险的土地利用格局优化提供了技术借鉴。     

变饱和带条件下污水灌溉对土壤氮素运移和冬小麦生长的影响

为了研究地下水浅埋区污水灌溉对土壤环境及作物生长的影响,设置地下水埋深(2、3m和4m)和灌水水量(900m3·hm-2和1200m3·hm-2)2个因素,对冬小麦全生育期土壤氮素和冬小麦生长发育指标进行试验,试验在地中渗透仪中进行.结果显示:灌水后,不同处理土壤中硝态氮含量均显著增加,灌水水平越高,土壤中硝态氮含量增加越多;灌水后,灌水水平B1(900 m3·hm-2)不同潜水埋深地下水硝态氮分别增加34.67%、24.94%、20.88%;灌水水平B2(1200 m3·hm-2)不同潜水埋深地下水硝态氮分别增加58.42%、38.98%、27.21%.潜水埋深越浅,地下水中硝态氮的浓度增加越大,这也就表明由于淋溶和硝化作用产生的硝态氮造成浅层地下水污染的风险越大.污水灌溉对冬小麦的生长发育指标和产量有促进作用;相同灌水水平(B1 和B2),地下水埋深影响冬小麦生长发育指标的大小顺序为:2m＞3m＞4m.     

小菜蛾抗性治理及可持续防控技术研究与示范——公益性行业(农业)科研专项“小菜蛾可持续防控技术研究与示范”进展

针对我国小菜蛾Plutella xylostella(L.)严重为害及高抗药性的现状,在华南、华中、华东、华北和西南等具代表性地区开展小菜蛾灾变规律、抗性监测及治理、越冬迁飞、抗性机理及可持续防控技术研究集成与示范。灾变规律研究结果表明,我国各地小菜蛾的年发生世代从北至南呈逐渐增加趋势,各地小菜蛾发生起始峰时间从南至北逐渐向后推移,每年不同区域有一至两个发生高峰,年度间受温度和降水等气候因素、天敌等生物因子以及耕作制度等人为操作等多种因素的影响。抗性监测及治理研究显示,全国5个十字花科蔬菜主产区小菜蛾对11种代表性杀虫剂都有较强的抗药性,不同药剂在全国的抗药性水平有很大差异,在华南、西南和华东十字花科蔬菜主产区抗性水平相对较高,华中和华北呈现抗性上升趋势,并根据抗性监测结果制定区域性抗性治理策略。越冬和迁飞研究证明,武汉至驻马店区域为小菜蛾的越冬北限,小菜蛾存在远距离迁移的特性,并确定小菜蛾有迁入迁出和迁入定殖两种迁飞模式。抗性机理研究结果表明,小菜蛾对Bt制剂、阿维菌素、氟虫腈、茚虫威和丁醚脲的抗性遗传方式不同,各药剂交互抗性普也存在差异。可持续防控技术方面,制定了适合各区域的小菜蛾可持续防控技术体系,并在华南、华东、华北、华中和西南等地区建立了45个示范基地,依区域不同分别示范推广具区域特色的以农业措施、生物防治、生态调控和合理用药为主的可持续防控等技术,累计印刷技术宣传手册16万份,培训各类农民和基层农技人员5.19万人次,累计示范面积近4万公顷,带动技术示范近20万公顷,取得了显著的经济、社会和生态效益。     

天山土壤微量(类)重金属的来源解析及潜在生态危害评估

从天山山地3个区段(巴里坤-伊吾、乌鲁木齐-阿克苏、昭苏-特克斯)采集土壤样品,测定了其中(类)重金属Pb、Ni、Cd、Co、Hg、Cu、Mn、Zn、Cr和As的含量.运用经典统计学与多元统计方法分析了这些(类)重金属的来源;同时采用污染指数法与潜在生态风险指数法,并结合天山及新疆土壤背景值、国家土壤质量标准开展了区域土壤微量(类)重金属生态风险的评价.结果表明： 所测10种(类)重金属的平均含量均高于天山或新疆土壤背景值.从变异系数来看,均为中等变异.总体上看,天山山地土壤中10种(类)重金属的含量均较低;主成分分析显示,10种元素可以辨识出 2 个主成分,主成分1(PC1,包括Cd、Pb、Hg、Mn和Zn)为人为源因子,主成分2(PC2,包括Cu、Ni、Cr、Co和As)为自然源因子.Mn 和As在PC1和PC2上均有较大载荷,主要受人为源和自然地质背景的共同控制;污染评价表明, 重金属Hg、Cd在天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段、As在天山西部的昭苏-特克斯区段的单因子污染指数(P_i)属于警戒等级,其他均属于安全等级和清洁水平.从综合污染(P_z)指数来看,天山中部乌鲁木齐 阿克苏区段土壤中10种(类)重金属元素的综合污染程度均属于轻度污染,其他两个区段均属于清洁水平;生态风险评估表明,重金属Hg、Cd在天山中部乌鲁木齐 阿克苏区段,As在天山西部昭苏 特克斯区段的潜在生态风险系数(E_i^r)和生态危害指数(RI)相对较高.     

膜下滴灌条件下滴水量和滴水频率对棉田土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过两年的田间试验,研究了滴水量和滴水频率对膜下滴灌棉田土壤水分分布及棉花水分利用效率的影响.结果表明:从整个生育期来看,当滴水量(375 mm)相同时,高频滴灌(每3天1次)处理0～20 cm土层含水率较高而深层土壤湿润不够;低频滴灌(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率较高,但水分补给不及时,表层土壤偏低;总体上中频滴灌(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配.当滴水频率相同时,滴水量越大,土壤含水率越高,40 cm以下土层含水率也越高.不同处理的棉田耗水规律基本一致,苗期较低,平均不高于1.7 mm·d-1,蕾期开始上升至花铃期达到最高,日均耗水量可达8.7 mm·d-1,吐絮期回落到1.0 mm·d-1左右.总耗水量与降水和滴水量密切相关,而与滴水频率无关;滴水频率对棉花水分利用效率无显著影响,但水分利用效率随滴水量的增大而显著降低.少量滴灌(300 mm)虽然可以获得较高的水分利用效率,但减产严重,过量滴灌(450mm)无显著增产效应,水分浪费严重.在当地棉田自然条件下,采用中量(375 mm)+中低频(每7天或10天1次)的滴灌模式为宜.     

膜下滴灌条件下滴水量和滴水频率对棉田土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过两年的田间试验,研究了滴水量和滴水频率对膜下滴灌棉田土壤水分分布及棉花水分利用效率的影响.结果表明： 从整个生育期来看,当滴水量(375 mm)相同时,高频滴灌(每3天1次)处理0～20 cm土层含水率较高而深层土壤湿润不够;低频滴灌(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率较高,但水分补给不及时,表层土壤偏低;总体上中频滴灌(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配.当滴水频率相同时,滴水量越大,土壤含水率越高,40 cm以下土层含水率也越高.不同处理的棉田耗水规律基本一致,苗期较低,平均不高于1.7 mm·d^-1,蕾期开始上升至花铃期达到最高,日均耗水量可达8.7 mm·d^-1,吐絮期回落到1.0 mm·d^-1左右.总耗水量与降水和滴水量密切相关,而与滴水频率无关;滴水频率对棉花水分利用效率无显著影响,但水分利用效率随滴水量的增大而显著降低.少量滴灌(300 mm)虽然可以获得较高的水分利用效率,但减产严重,过量滴灌(450 mm)无显著增产效应,水分浪费严重.在当地棉田自然条件下,采用中量(375 mm)+中低频(每7天或10天1次)的滴灌模式为宜.     

高水位区暗管埋设下土壤盐分适时立体调控的生态效应

高水位地区作物生长关键期采用微咸水或咸水灌溉被证明在一定条件下可以起到增产正效应,但同时却存在着土体盐分积累及其对下茬或次年种植影响的生态负效应.为探讨消除或抑制微咸水或咸水灌溉对土壤盐分积累的生态负效应,保证作物种植增产的正效应,本文在河北近滨海高水位盐碱区开展了为期2年的试验研究,探讨了旱季微咸水或咸水灌溉带来的盐分异位积累与离子分布变化特征,分析了雨季关键期暗管适时排盐对土壤盐分的立体调控生态效应.结果表明：旱季咸水灌溉后土壤经历“积盐-脱盐-二次积盐”3个阶段;灌溉初期,1 g·L^-1咸水灌溉处理下0～50 cm土体脱盐,土壤含盐量随土壤深度增加而增加,HCO₃^-含量增加,其他离子含量降低;6与13 g·L^-1咸水灌溉处理下0～50 cm土体积盐,土壤含盐量随土壤深度增加而降低,HCO₃^-含量降低,其他离子含量增加;雨季暗管适时立体调控脱盐效果显著,土壤脱盐率达16.0%～45.7%,同降雨量下,降水分布越集中,脱盐效果越好;周年时间尺度上,咸水灌溉小区土壤积盐量小于对照区;咸水灌溉处理小区冬小麦产量显著高于对照处理,1 g·L^-1 处理高于6与13 g·L^-1处理.     

Effects of cyclic irrigation on water and nitrogen mass balances in a paddy field

Cyclic irrigation is considered an effective water management practice for reducing pollutant loads from a paddy-field district. The objective of this study was to clarify the effects of cyclic irrigation on mass balance in paddy plots. At the study site, cyclic irrigation with a high cyclic irrigation ratio (% reused water in irrigation water) was conducted from late April to late June. We found a complementary relationship between the volume of irrigation water and rainfall, which together totaled about 1400-1600 mm during the irrigation period each year. We concluded that a cyclic irrigation system that enables the paddy-field district to use a high cyclic irrigation ratio may lead to more efficient use of rainfall for crop irrigation. Nitrogen concentrations in both irrigation water and ponded water tended to be higher during the cyclic irrigation period than during the lake water irrigation period. Nitrogen input from irrigated water accounted for about 8-16% of the total input of nitrogen. It is suggested that fertilizer application of nitrogen can be reduced by its return through cyclic irrigation.     

寒地稻田不同灌溉模式下稻株生长与水分消耗利用

为揭示不同灌溉模式下水稻植株生长与水分消耗利用,通过蒸渗仪与田间小区结合的方法,以常规淹灌模式作为对比,研究了三种灌溉模式的水稻植株生长与水分消耗利用。试验结果表明：水稻植株体通过水分的自我调解来适应稻田生态系统变化,灌溉模式对水稻植株各器官的湿基含水率产生显著影响（P<0.05）,控制灌溉模式能够有效地延缓水稻生育后期的根系衰老;作为水分的载体,水稻植株干物质积累量直接影响水稻的耗水量,控制灌溉模式下稻田生态系统的水稻耗水量较间歇灌溉和常规淹灌都有大幅度的降低,而水分利用效率大幅度提高;控制灌溉模式可以通过生长补偿效应来增加后期干物质的积累,从而提高籽粒产量。根据各灌溉模式水稻的腾发量结合实际降雨量,来调控稻田灌溉水量,能够有效地维持SPAC稻田生态系统平衡,保证农业和生态系统的可持续发展。研究结果可为寒地黑土区稻田生态系统水分消耗利用研究提供理论依据和技术支撑。     

Fungi as a toolbox for sustainable bioremediation of pesticides in soil and water

Pesticides can help reduce yield losses caused by pests, pathogens, and weeds, but their overuse causes serious environmental pollution. They are persistent in the environment and are biomagnified through the food chain, becoming a serious health hazard for humankind. Bioremediation, where microbes are used to degrade pesticides in situ, is a useful technology. This review summarizes data on the fungi involved in the biodegradation of chemical pesticides and their application in soil and water bioremediation. Indications for future studies in this field are given.     

沟灌水氮耦合对毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响

为探索沟灌水氮耦合对幼年生毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响,以4年生砂地三倍体毛白杨为对象,研究3个灌溉水平(W₂₀、W₃₃、W₄₅,即沟渠正下方40 cm土壤水势分别达到-20、-33和-45 kPa时灌溉),4个施N水平(N₁₂₀、N₁₉₀、N₂₆₀、N₀,即施肥量为120、190、260和0 kg·hm^-2·a^-1)和自然条件(对照,CK)下幼年生毛白杨林木生长和水氮吸收利用规律,并结合林木生长状况,分析4年生三倍体毛白杨的最佳沟灌水氮耦合策略。结果表明:W₂₀N₁₂₀(高水低肥;土壤水势-20 kPa,施N量120 kg·hm^-2·a^-1)处理对三倍体毛白杨的林地生产力提升最为显著,其林地生产力最高可达33.37 m³·hm^-2·a^-1,仅有树高和总株生物量受到水氮耦合交互作用的显著影响。增加灌溉量或施N量都会提高林木吸氮量,但吸氮量主要受施N量影响;W₂₀N₂₆₀处理总株吸氮量最高,达112.17 kg·hm^-2·a^-1,较CK增加74.0%。各处理中,W₂₀N₁₂₀氮吸收效率和氮肥偏生产力最高,且显著高于其他处理,其总株、地上部、地下部氮吸收效率可达36.8%、28.5%、6.4%,总株氮肥偏生产力可达221.4 kg·kg^-1。不同水氮耦合处理灌水量对灌溉水的利用效率影响显著,其中,W₄₅N₂₆₀灌溉水利用效率最高,达13.66 g·kg^-1;而W₂₀N₁₂₀吸水量和水吸收效率最高,分别为13268.28 t·hm^-2和129.4%。为达到较大的收益,在三倍体毛白杨的幼年生长期间,应保持充足的水分灌溉(-20 kPa)和相对偏低的施氮量(120 kg·hm^-2·a^-1)促进幼年生毛白杨的生长发育。     

北京市水足迹及农业用水结构变化特征

运用水足迹的理论和方法计算评价了1990—2005年北京市水足迹及水资源利用的可持续性,在此基础上进一步分析了北京市农业用水结构的变化特征。结果表明:(1)北京市水足迹从1990年的81.5亿m3上升至2005年的168.6亿m3,人均水足迹由750.1m3上升为1096.0m3;(2)北京市水资源匮乏度不断升高,1995年以来水资源自给率呈下降趋势,与之相对应的水资源依赖度越来越高;(3)农业部门用水量在本地用水量中的比例平均每年为55.1%,虚拟水净输入量在虚拟水净输入总量中的比例平均每年达到89.1%;(4)高耗水型作物产品生产用水比例升高加大了农业用水压力,动物产品生产用水量呈增加趋势,2001—2005年动物产品生产引入的虚拟水占到其虚拟水总量的81.3%。北京市水资源利用呈不可持续状态,通过农业系统内部结构的优化调整,实现农业部门水资源的高效利用是缓解北京市水资源紧缺问题的关键。     

越冬期测墒补灌对小麦耗水特性和光合有效辐射截获利用的影响

于2013—2014和2014—2015年两个小麦生长季进行田间试验,供试品种为‘济麦22’,设置5个处理,分别为W₀(全生育期不灌水)、W₁(越冬期不灌水,拔节期和开花期分别补灌至0～40 cm土层土壤相对含水量为65%和70%)、W₂(越冬期、拔节期和开花期分别补灌至土壤相对含水量为70%、65%和70%)、W₃(越冬期、拔节期和开花期分别补灌至土壤相对含水量为75%、65%和70%)和W₄(越冬期、拔节期和开花期均定量灌溉60 mm),研究越冬期测墒补灌对小麦耗水特性和光合有效辐射截获利用的影响.结果表明: 总灌水量及其占总耗水量的比例为W₄＞W₃＞W₂＞W₁＞W₀;土壤贮水消耗量占总耗水量的比例为W₀＞W₁、W₂＞W₃、W₄;总耗水量和开花至成熟期的耗水量均为W₄＞W₂、W₃＞W₁＞W₀.两生长季小麦开花后冠层光合有效辐射(PAR)截获率为W₄＞W₂、W₃＞W₁＞W₀,而花后冠层PAR反射率各处理间的表现与之相反.灌水处理中干物质净积累量为W₄处理最高,W₁处理最低.两生长季小麦越冬期0～40 cm土层土壤相对含水量补灌至70%的W₂处理籽粒产量仅低于定量灌溉的W₄处理,水分利用效率和灌溉效益最高,是本试验条件下节水高产的最优处理.