农业资源与环境学报杂志

农业资源与环境学报杂志2019年第6期

• 生态环境视角下有机农业发展助推环境保护与绿色发展（1994—2019）

  张弛,席运官,孔源,田伟,肖兴基,赵克强

  习近平总书记在2018年全国生态环境保护大会上的重要讲话指出，要加快形成绿色发展方式，从源头上防治环境污染。实现绿色发展关键在于产业生态化、生态产业化，而推动有机农业发展是农业生产方式绿色转型和生态环境保护耦合发展的重要途径。本文从生态环境视角首先依据发展水平、发挥作用以及政策形势，将1994—2019年我国环境保护部门在推动有机食品发展和有机产品基地建设方面开展的工作划分为三个阶段；其次，总结凝练了有机产品基地建设在面源污染源头防控、农田生物多样性保护、生态扶贫及生态产品供给等方面产生的综合效益；最后，提出新形势下有机农业发展与有机产品基地建设在发展生态经济、防控面源污染、助推农村生态环境监管以及生态产业扶贫等方面的对策建议。

• 秸秆还田下的主要产地环境问题及其绿色防控技术

  苏瑶,杨艳华,贾生强,喻曼,陈喜靖,沈阿林

  秸秆还田作为当前最主要的秸秆资源化利用方式，可有效实现土壤增碳培肥，但同样存在一系列产地环境问题。基于近年相关研究，总结了秸秆还田对土壤病虫草害发生和土壤微生物区系的影响，归纳了当前应用较广泛的病虫草害绿色防控技术，并对未来可进一步研究与应用的秸秆集中沟埋还田技术和以“虫害理化诱控-病虫生物防治-杂草生态防控”为核心的病虫草害绿色防控技术集成等进行了展望，以期为进一步推进高效秸秆还田条件下的可持续生产提供理论依据和技术参考。

• 1961—2015年各国化肥消费量与人均GDP相关性分析

  王博,徐志宇,王楷,李季,许艇,韩一军,习斌,郝晓燕,高尚宾

  我国已经连续30年成为世界化肥消费量最大的国家，单位面积化肥施用量也长期居世界高位水平，化肥的过量施用既造成严重的农业面源污染，也制约着我国农业的可持续发展。本研究收集了美国、加拿大等12个典型国家1961—2015年的人均GDP和化肥消费量的时间序列数据，通过回归分析法得出各国人均GDP与化肥消费量显著相关（P8000美元）的发展水平与世界发达国家化肥的历史消费轨迹来看，我国的化肥消费量已经具备了从增长阶段转变到稳定阶段的条件。

• 基于力学平衡模型的耕地多功能演变及其协调性分析——以珠江三角洲为例

  余富祥,胡月明,刘振杰,李波,王璐

  为了掌握经济快速发展地区耕地多功能的演化规律及其耦合协调特征，以珠江三角洲为研究区，构建耕地功能评价指标体系，引入力学平衡模型分析了各时段耕地多功能的空间格局及其各子功能间耦合协调关系。结果表明：2000—2015年珠三角地区耕地经济功能、社会功能及生态功能整体呈下降的时序趋势，但2010年后下降趋势趋于缓和。耕地各功能间协调度空间差异明显。高值区主要分布在农业产业化、现代化水平较高的中心城镇的郊区，失调区分布在传统农业生产地区。根据耕地功能协调度偏离方向不同划分了三类象限区，明确各类型区耕地功能短板及发展方向。本研究为耕地多功能研究提供了有益的方法及案例支持。

• 东北典型黑土区耕地有机质与pH的空间分布规律及其相互关系

  刘忆莹,裴久渤,汪景宽

  为了解东北黑土地有机质下降和酸化状况，明确有机质和pH区域分布规律及其相互关系，以东北典型黑土区耕地作为研究对象，利用GIS空间插值法和相关性统计分析方法，探讨了该区域耕地有机质和pH的空间分布规律及其相关关系。结果表明：研究区耕地有机质平均值为26.57 g·kg-1，总体呈现由北向南、由东向西递减的趋势；耕地pH平均值为6.42，研究区由东向西pH呈现逐渐增加趋势，而南北方向并未呈现出明显的规律性；东北典型黑土区有机质和pH总体呈极显著负相关性，但局部趋势不同，其中黑龙江省呈极显著负相关，辽宁省和吉林省呈极显著正相关，表明有机质和pH这两个因素在局部的作用关系还受到其他因素的影响。研究表明，在不同区域耕地质量保护和管理中要重视多因素耦合关联分析，这对区域耕地资源合理利用的评估具有重要科学意义。

• 临时用地土地复垦碳效应分析与测算——以广西为例

  张中秋,胡宝清,张世康,韦金洪

  为揭示临时用土地复垦碳效应机理，系统掌握土地复垦碳效应的规律性，遵循系统论原理，以土地复垦项目周期的时间逻辑为出发点，从土地结构、工程实施和项目管护三方面对其碳效应机理进行探析，并运用碳排放系数法和综合对比分析法，以广西8个项目为例进行碳效应测算。结果表明，基于项目时间逻辑的临时用地土地复垦碳效应机理包括土地结构碳效应Ⅰ、工程实施碳效应Ⅰ、工程实施碳效应Ⅱ、土地结构碳效应Ⅱ和管护碳效应；项目周期内各项目的碳效应为-24.41~78.74t（负值表示排放量，正值表示固碳量），其中土地结构变化所致碳效应情况为3.66~82.50 t，工程实施所致碳效应为-33.57~-0.78 t，后期管护所致碳效应为-13.48~0.01 t。土地结构碳效应的主要影响因素是林地复垦后林木根冠比变小，固碳能力降低。工程实施碳效应的主要影响因素是工料消耗，特别是水泥的消耗所致碳排放较大。管护碳效应的主要影响因素是复垦后为期3年的土地培肥管护，大量化肥的使用所致碳排放增加。研究表明，实施耕作层剥离与再利用、强调复垦后林地固碳能力、降低工料消耗是占用耕地资源、占用林地资源和中度及以上破坏程度的临时用地低碳化复垦的重要措施。

• 内蒙古玉米主产区农业热量资源变化及其对策探讨

  张宝林,高聚林,王志刚,池梦雪,赵俊灵,郭佳,彭健

  为了探讨在气候变化、生态环境恶化和农业提质增效的压力下，内蒙古玉米主产区农业热量资源的变化及其生产对策，分析了1961—2017年间内蒙古玉米主产区通辽市、赤峰市、巴彦淖尔市、鄂尔多斯市和兴安盟等地区年均温、≥10℃年积温和生长季（5—9月）积温的变化。结果表明，各地区年均温、≥10℃年积温和生长季积温存在地区差异，但1961—2017年间三者均呈线性上升趋势，而生长季积温占比下降。气温的升高和积温的增加使农业热量资源增加，有利于玉米增产和种植面积的扩大，使内蒙古气候温暖区玉米生产潜力增大；但应避免越区种植，警惕气象灾害风险。在气温升高的背景下，通过品种选择、播期调整和肥料管理，充分利用农业热量资源，可使热量资源利用率提高15%，对于内蒙古地区应对气候变化、实现玉米生产的高产高效具有重要现实意义。

• 长期定位耕作方式下冬小麦田根系呼吸对土壤呼吸的贡献

  周鹏翀,沈莹,许姣姣,韩惠芳,宁堂原,李增嘉

  为探讨长期定位耕作方式对冬小麦田土壤呼吸以及根系呼吸的影响，研究根系呼吸对土壤呼吸的贡献，基于设在山东农业大学农学实验站的长期保护性耕作定位试验（始于2002年），包括常规秸秆还田（PC）、免耕秸秆还田（PZ）、深松秸秆还田（PS）和旋耕秸秆还田（PR）4种处理，采用静态箱法测定和分析麦田土壤呼吸及水热因子，并利用根去除法研究根系呼吸对土壤呼吸的贡献。结果表明，不同耕作方式下根系呼吸与土壤呼吸的变化趋势相同，即在冬小麦整个生育期内，土壤呼吸与根系呼吸速率均呈“低-高-低”的趋势。各处理之间的土壤呼吸速率差异显著，与PC相比，PZ、PS、PR的土壤呼吸速率分别降低37.2%、17.0%、15.4%，PC、PZ、PR的根系呼吸速率较PS相比分别下降了9.4%、24.3%、22.4%。在冬小麦生育期内，根系呼吸占土壤呼吸的比例呈双峰型，比例波动为21.7%~82.0%，均值为49.1%，总体表现为PZ > PS > PR > PC。土壤呼吸与10 cm土层地温呈极显著正相关（P<0.01），而与土壤湿度未达到显著相关。研究表明，与PC相比，长期定位耕作方式中PZ和PS可以降低麦田的土壤呼吸速率，减少麦田土壤的碳排放，并且可以提高根系呼吸对土壤呼吸的贡献，其中PS的根系呼吸速率最高，更有利于作物的生长。

• 余江县水稻土剖面酸缓冲性能与酸化速率

  唐贤,蔡泽江,徐明岗,文石林,高强,姚晨,陈玲英

  为探明不同母质发育的水稻土在剖面层次上的缓冲性能特征及酸化速率大小，以红砂岩和河流冲积物母质发育的水稻土为对象，测定不同层次（0~20、20~40、40~60、60~80 cm和80~100 cm）土壤的pH、有机质、全氮、阳离子交换量和酸碱缓冲容量，定量比较不同母质和不同土层酸碱缓冲容量的变化及差异。结果表明：以红砂岩和河流冲积物母质发育的水稻土酸碱缓冲容量在0~20 cm土层比80~100 cm土层分别显著升高10.14 mmol·kg-1和4.18 mmol·kg-1，且随着水稻土初始pH（不加酸碱的pH）的增加，其酸碱缓冲容量也呈增加趋势。在0~20 cm土层，红砂岩母质发育的水稻土酸碱缓冲容量比河流冲积物母质显著增加7.38mmol·kg-1；在20~100 cm土层，2种母质发育的水稻土酸碱缓冲容量无显著差异。红砂岩母质发育水稻土表层酸化速率（0.78kmol H+·hm-2·a-1）大于河流冲积物母质（0.36 kmol H+·hm-2·a-1）。水稻土酸碱缓冲容量与pH呈极显著负相关（P<0.01），与交换性盐基总量呈显著负相关（P<0.05），与阳离子交换量、有机质、全氮和交换性酸呈极显著正相关（P<0.01）；水稻土pH与有机质、全氮和交换性酸呈极显著负相关，与交换性盐基总量呈极显著正相关（P<0.01），与阳离子交换量无相关性。研究表明，酸碱缓冲曲线可以很好地反映不同母质发育的水稻土在不同土层上对加酸、加碱量的敏感程度；随着土层深度的增加，2种母质的酸碱缓冲容量呈下降趋势，其中在0~20 cm土层，红砂岩母质发育的水稻土酸碱缓冲容量和酸化速率最高，其酸碱缓冲容量主要与初始pH、有机质、全氮、阳离子交换量、交换性盐基总量和交换性酸有关，且2种母质发育水稻土均处于铝硅酸盐矿物分解和交换性盐基离子缓冲阶段。

• 沈抚灌区耕地重金属Cd、Pb的变化特征分析

  徐宁,魏忠义

  选择沈抚灌区东部13个自然村庄的农业种植区，以1500 m间距网格化布点29处，调查研究区历史耕作情况，选取18个停灌时间不同的耕地样点，每个样点按0~20、20~40、40~60 cm采集3层土壤样品，分析测定重金属Cd、Pb的全量及化学形态，并测定了地上作物的茎叶、籽粒中重金属含量，探究研究区不同停灌时间及利用类型耕地土壤中Cd、Pb的分布特征及变化规律。结果表明：0~20、20~40、40~60 cm土壤中Cd含量分别为0.65~1.57、0.66~1.18、0.61~1.18 mg·kg-1，停灌20~25年的土壤0~20 cm土层Cd含量最高，为1.57 mg·kg-1；各土层Pb变化范围分别为21.07~38.59、14.97~30.59、15.71~25.66 mg·kg-1，未随停灌时间发生明显变化；Cd在20~40、40~60 cm土层迁移率分别为0.42~0.50、0.46~0.52，而Pb仅为0~0.34、0~0.68；玉米茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.47、0.02~0.07 mg·kg-1，水稻茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.89、0.02~0.09 mg·kg-1，Pb含量分别为1.51~2.32、0.47~0.62mg·kg-1，Cd、Pb在作物茎叶、籽粒中未随不同耕作方式及停灌时间表现出明显差异；水田土壤可交换态Cd含量占总量的37.33%，旱田可交换态Cd含量占总量的7.82%~13.95%；水田土壤可交换态Pb含量占总量的9.03%，旱田占总量的0.87%~4.18%。研究结果可为重金属污染耕地的利用管理及污染修复提供依据。

• 连作棉田间作洋葱、孜然对棉花光合特性及根系生长的影响

  马怡茹,魏飞,马子豪,王超凡,孙新展,刘建国

  为探讨棉花间作模式调节农田生态环境、缓解棉花连作障碍的作用，以棉花连作30年土壤为对象，设置棉花间作洋葱、间作孜然处理，研究两种间作模式对棉花地上部光合特性、根系生长发育及土壤酚酸类化感物质含量的影响。结果表明，与对照相比，间作洋葱和间作孜然处理的棉花根长、根质量、比表面积分别增加54.5%、45.7%、16.3%和22.8%、15.7%、4.9%，初花期叶绿素含量、净光合速率比对照分别增加12.7%、12.2%和20.7%、7.2%。间作洋葱、孜然处理棉花根际土壤中3种主要酚酸类化感物质总量分别降低67.9%和57.8%，与单作相比差异显著。研究表明，长期连作棉田间作洋葱、孜然降低了棉田土壤中化感物质含量，改良土壤环境，促进棉花根系生长发育，提高棉花叶片光合能力及生物量，并且间作洋葱对连作棉花生长发育的调节效果优于间作孜然，可作为缓解棉花连作障碍的种植方式。

• 电动技术去除剩余污泥中重金属

  王蓉,初正崑,宋宁宁,王凯荣,刘君,王芳丽

  电动技术去除污泥中重金属受到多种因素的影响，因此非常有必要探讨适宜的修复参数。本论文系统研究了电解时间、介质pH、强化剂种类、电压和超声振荡时间等因素对电动力学去除剩余污泥中重金属Cu、Zn、Ni、Cr的影响。结果表明，最适宜的电解时间为12 h，最佳介质pH为2，最适电压为1.5 V·cm-1，最适宜的超声振荡时间为1.0 h。添加EDTA对剩余污泥中Ni的去除效果最佳，最佳添加浓度为0.20 mol·L-1；添加柠檬酸对剩余污泥中Zn的去除效果最佳，最佳添加浓度为0.25 mol·L-1；酒石酸对剩余污泥中Cu的去除效果最佳，最佳添加浓度为0.25 mol·L-1。研究为电动技术去除剩余污泥中重金属的实践提供了理论参考。

• 番茄秸秆固定化芽孢杆菌M1对3环PAHs污染老化土壤修复效果

  李岩,李成,张小雪,冯煊,王伟,冯圣东,宁国辉,王小敏,杨志新

  为探讨固定化微生物对煤矿区3环PAHs污染老化土壤的修复效果，以番茄秸秆为固定化载体材料，通过“吸附-包埋-交联法”形成了固定化芽孢杆菌微球，并采用土培试验对煤矿区土壤3环PAHs去除进行研究。结果表明，游离芽孢杆菌M1对煤矿区污染老化土壤单体芴（Flu）、菲（Phe）和蒽（Anth）的去除随接菌量的增加先升高后降低。在接菌量为1%、10%、20%（体积质量比）的游离芽孢杆菌处理中，10%处理（B2M1）对土壤Phe的去除率最高，为21.35%。不同接菌量的固定化芽孢杆菌M1微球处理对3种PAHs的去除率显著高于微球基质处理，其中，接菌量20%的固定化芽孢杆菌处理（X3M1）对土壤Flu的去除率最高，达95.25%，比不含M1菌株的番茄秸秆微球基质处理（X3）提高了12.03个百分点。对比分析扣除微球基质后的固定化M1与添加同等菌量的游离M1去除结果看出，经固定化后的菌株M1比游离菌M1显著促进了对煤矿区污染老化土壤3环PAHs的去除，不同接菌量对单体Flu和Anth去除率为72.17%~75.52%和8.97%~28.88%，分别比游离菌增加了64.10~72.31个百分点和8.13~15.24个百分点，单体Phe 1%接菌量处理比游离菌提高了5.07个百分点。从土壤酶活性看，土壤过氧化氢酶活性在固定化M1三种剂量处理下均显著高于微球基质和游离菌M1处理，随剂量增加依次是游离菌处理的1.16、1.23倍和1.20倍，是微球基质处理的1.28、1.19倍和1.16倍，与3环PAHs的去除率规律相一致，而固定化M1处理多酚氧化酶、过氧化物酶和纤维素酶活性相对于游离菌处理有不同程度的降低。综上，固定化芽孢杆菌M1对土壤3环PAHs去除具有显著促进作用，为煤矿区PAHs污染老化土壤原位修复的应用提供了重要技术参数与支撑。

• 不同降雨强度下旱地农田氮磷流失规律

  王月,房云清,纪婧,秦弋丰,马瑞君,李旭东

  为阐明旱地农田径流氮磷流失规律，以种植空心菜的旱地为研究对象，采用人工模拟降雨方式，设计10、15、25 mm·h-1三个降雨强度，研究不同雨强下旱地氮磷流失特征和径流拦截效果。结果表明：在相同降雨量条件下，旱地径流量随降雨强度的增大而增加，10、15、25 mm·h-1雨强下产生的径流总量分别为197.07、381.92、649.45 m3·hm-2，对应的径流系数分别为0.20、0.38、0.65。总氮（TN）浓度变化随产流时长呈现出先上升后下降的趋势，峰值明显，氮的流失形态以硝酸盐氮（NO3--N）为主；TN流失量随着降雨强度的增大而增加，10、15、25 mm·h-1雨强下分别为0.67、2.48、9.74 kg·hm-2。总磷（TP）流失浓度随降雨强度的增大而降低，流失过程相对平缓，磷的流失形态以颗粒态磷（PP）为主；10、15、25 mm·h-1雨强下TP流失量分别为0.061、0.050、0.030 kg·hm-2。通过田间沟渠水位的管控，可有效减少TN的径流排放，不同雨强下减少比例分别为100.00%、63.56%、33.98%。研究表明，氮的拦截是控制旱地面源污染的重点，在拦截能力有限的情况下，选择污染负荷较高的时段可有效提高面源污染拦截效果。

• 滇池水体沉积物磷素特征及其对藻类的影响

  程文娟,包立,罗雄鑫,张乃明

  为揭示在外源磷得到控制的情况下，滇池沉积物磷在适宜条件下释放特征及其对藻类的影响，采用室外模拟方法，研究滇池沉积物与上覆水中的磷素特征，探索沉积物磷释放对藻类的影响。结果表明：上覆水下层水中各形态磷（总磷、可溶性磷、正磷酸盐）含量高于上层水；沉积物中磷素形态以钙结合态磷和有机磷为主，向水体释放贡献最大的是铁铝结合态磷和有机磷；水中正磷酸盐与水中叶绿素a含量呈正相关关系，正磷酸盐含量升高显著加剧水体富营养化；沉积物中可交换态磷含量与水体叶绿素a呈极显著正相关，沉积物磷释放是藻类生长的最主要内源负荷。研究表明，控制水体中的正磷酸盐和沉积物中铁铝结合态磷的浓度以及限制有机磷的转化和矿化是控制藻类的有效措施。

• 铁合金厂周边室内积尘中重金属污染特征及健康风险评价

  陶永刚,马鹏程,陈棉彪,黄楚珊,张丽娟,于云江,柳晓琳,许群,胡国成

  为了解冶炼厂周边地区室内积尘中重金属的污染特征，掌握室内积尘中重金属暴露的健康风险，对辽宁锦州铁合金厂周边6个村庄（A村、B村、C村、D村、E村、F村）及对照区2个村庄（G村、H村）室内积尘中7种重金属（Zn、Cd、As、Cr、Cu、Ni、Pb）的含量水平进行分析，采用地累积指数评价室内积尘中重金属的污染特征，利用健康风险评估模型评估成人和儿童通过室内积尘暴露重金属的潜在健康风险。结果表明：污染区6个村庄室内积尘中Zn、Cd、As、Cr、Cu、Ni、Pb的平均含量分别为980.23、7.98、17.48、164.65、118.87、39.82、154.06 mg·kg-1，显著高于对照区2个村庄室内积尘重金属平均含量；地累积指数评价结果表明污染区室内积尘中Cd的污染程度较强；主成分分析表明辽宁锦州污染区和对照区室内积尘中的重金属来源于铁合金厂冶炼活动、大气沉降、燃煤等；健康风险评估结果表明锦州铁合金厂周边居民通过室内积尘暴露Cd、Cr、Ni和As的致癌风险均超出可接受风险水平。研究表明，锦州铁合金厂周边区域室内积尘中重金属污染及健康风险应予以重点关注。

• 珠江河网淡水鱼、虾和河蚬重金属污染特性及安全性评价

  谢文平,马丽莎,郑光明,刘书贵

  为了全面评价珠江河网水产品重金属残留及食用安全风险，对鱼、虾和河蚬重金属的含量进行了检测分析，同时采用单因子污染指数（Pi）、综合污染指数（MPI）和健康风险评价模型对其污染程度、食用致癌和非致癌风险进行了评价。结果表明，水产品中重金属的含量（以鲜质量计）范围（均值）分别为Cr 0.031~0.264（0.131）mg·kg-1、Ni 0.077~0.742（0.170）mg·kg-1、Cu 0.199~22.575（2.318）mg·kg-1、Zn 3.422~36.764（7.939）mg·kg-1、As 0.112~4.192（0.339）mg·kg-1、Cd 0.004~1.269（0.095）mg·kg-1、Hg 0.012~0.048（0.026）mg·kg-1、Pb 0.028~0.253（0.096）mg·kg-1。鱼类和虾样品重金属残留均在安全值以内，但河蚬As和Cd残留略超标准值。水产品重金属污染程度评价结果表明，单因子污染指数排序为Cd > As > Pb > Hg > Cr > Zn > Cu。MPI值表明，不同水产品的污染程度依次为贝类（1.038） > 虾类（0.353） > 鱼类（0.101~0.292）。不同水产品重金属残留量的差异主要与它们不同的摄食习性、生活环境和对特定重金属的富集能力有关。健康风险评价结果表明，水产品复合重金属总目标危害系数（TTHQ）的高低顺序依次为河蚬 > 虾 > 鳢 > 鲶鱼 > 鲫鱼 > 翘嘴红鲌 > 鲈鱼 > 麦鲮 > 鲤鱼 > 餐条 > 罗非鱼 > 鲢鱼 > 广东鲂 > 鲮鱼 > 草鱼 > 赤眼鳟 > 鳙鱼。复合重金属TTHQ大于1，其中As的贡献比例最高，平均贡献率为51.7%。研究表明，当地居民若长期食用河蚬存在一定致癌风险。