《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》2019年刊出論文簡評

蔡祖聰

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對自身環(huán)境質(zhì)量和食品安全的要求日益增長。為了滿足人們對環(huán)境質(zhì)量和食品安全的要求，近年來，各級政府加大了環(huán)境保護(hù)和治理的研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入，科技部在化肥和農(nóng)藥減量施用、重金屬污染土壤治理和修復(fù)、農(nóng)業(yè)面源污染控制等農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域設(shè)立了重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)。人們的需求和政府的巨大投入極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)呈現(xiàn)了前所未有的興旺景象。《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》（以下簡稱《學(xué)報(bào)》）作為全國農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域研發(fā)成果發(fā)布和交流平臺，恰逢其時(shí)?；仡櫤驮u述《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文，有助于這一領(lǐng)域的研發(fā)科技人員、碩士和博士研究生，以及從事和涉及農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)的企業(yè)等了解當(dāng)前的研究熱點(diǎn)、已經(jīng)取得的研發(fā)進(jìn)展和存在的知識短板等。為此，筆者嘗試著對2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文作一簡短評述。由于筆者知識的局限性，無法深刻、精確地理解廣闊的農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域各方面取得的研究成果，加之時(shí)間的限制，掛一漏萬在所難免，不當(dāng)之處敬請批評指正。

2019年度《學(xué)報(bào)》在專論與綜述、污染生態(tài)、面源污染、水土環(huán)境、水產(chǎn)環(huán)境、廢棄物處理及資源化利用、碳氮循環(huán)、水體環(huán)境、分析方法、畜禽環(huán)境和研究快報(bào)欄目共刊發(fā)論文323篇，論文的作者主要來自高等院校和科研單位。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域農(nóng)產(chǎn)品安全和環(huán)境問題既源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的物質(zhì)投入（如化肥、農(nóng)藥、抗生素等的使用），也源于農(nóng)田不合理或過量承納污染物，典型的如大氣沉降和工礦污水侵入等。前者依靠科學(xué)技術(shù)和管理，合理投入以減少對農(nóng)產(chǎn)品安全和環(huán)境安全的威脅，后者則應(yīng)盡可能地避免發(fā)生。本文以農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)關(guān)注的“物質(zhì)”為主題詞進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)了《學(xué)報(bào)》2009年改版為月刊后至2019年每年發(fā)表的論文數(shù)量（圖1）。可以看出，重金屬始終是農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域最受關(guān)注的問題，涉及重金屬的論文數(shù)量始終保持在60篇/年以上，2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文中，其中94篇涉及重金屬。論文數(shù)量次多的是氮和碳。2011年《學(xué)報(bào)》首次發(fā)表涉及生物炭（早期更多地稱為生物質(zhì)炭）的論文，之后數(shù)量快速增加，2019年度涉及生物炭的論文達(dá)34篇，僅次于關(guān)于氮的論文（36篇）而位列第三。再其次為抗生素和多環(huán)芳烴等。本文重點(diǎn)評述農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域關(guān)于這幾類物質(zhì)的研究進(jìn)展。

圖1 《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》2009—2019年以生物炭、重金屬、氮、碳、多環(huán)芳烴、抗生素為主題詞發(fā)表的論文數(shù)量變化

1 重金屬污染

2019年關(guān)于重金屬的論文包括研究論文和綜述性論文，內(nèi)容涉及土壤重金屬污染來源及其識別、土壤重金屬空間分布、土壤重金屬生物有效性、重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、重金屬污染土壤利用和治理等。陳雅麗等[1]通過分析近10年我國土壤重金屬污染源解析的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)大氣沉降是我國農(nóng)田土壤重金屬元素（除Cu）的主要來源，其次為畜禽糞便和磷肥。這一結(jié)果為在全國尺度上農(nóng)田重金屬污染源頭控制提供了依據(jù)。由此可知，落實(shí)農(nóng)田重金屬源頭控制必須明確大氣中重金屬的來源及其在大氣中的擴(kuò)散途徑。后者或許不屬于農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究范疇，但是，農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)工作者應(yīng)當(dāng)對此有所了解。值得注意的是，特定區(qū)域農(nóng)田的重金屬主要來源并不一定是大氣沉降，對于一個(gè)具體的受重金屬污染的農(nóng)田土壤，其來源需要作具體的分析。

重金屬污染土壤的利用和治理是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在2019年度《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文中，重金屬污染土壤利用和治理的方法與技術(shù)主要還是以植物修復(fù)和施用鈍化劑鈍化土壤重金屬有效性為主，其中共有8篇論文涉及使用鈍化劑以利用和治理重金屬污染土壤。李昂等[2]根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果，提出了農(nóng)田土壤鎘鈍化劑鈍化效果優(yōu)、良、中、差的4級評價(jià)指標(biāo)。選育作物可食部分重金屬低積累的作物品種或作物種類是農(nóng)用土壤資源不足條件下利用重金屬輕度污染土壤的權(quán)宜和有效的方法，2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文中有4篇涉及到了這方面的研究[3-6]。關(guān)于重金屬的論文中，其中多達(dá)16篇論文同時(shí)涉及生物炭，內(nèi)容包括生物炭制備方法對生物炭產(chǎn)品重金屬含量的影響和施用生物炭對土壤和畜禽糞便堆肥中重金屬的鈍化作用等，研究結(jié)果無一例外地表明各種有機(jī)物料在不同條件下制備的生物炭均具有減少植物（作物）對重金屬吸收的作用。重金屬多元素復(fù)合污染、重金屬與抗生素復(fù)合污染等也受到較多的關(guān)注。

綜觀2019年度《學(xué)報(bào)》關(guān)于重金屬污染的論文可以看出，重金屬污染防控，污染土壤利用和修復(fù)需要更加有效的新方法和新技術(shù)，需要更多田間原位的研究。重金屬污染防控、污染土壤的利用和修復(fù)不僅需要考慮社會和環(huán)境效應(yīng)，還需要考慮經(jīng)濟(jì)效益。有效的方法和技術(shù)，如果缺乏經(jīng)濟(jì)效益，推廣應(yīng)用將會十分困難。但是，當(dāng)前的研究從科學(xué)和技術(shù)層面考慮較多，經(jīng)濟(jì)層面的考慮很少，不利于土壤重金屬污染防控、修復(fù)和利用方法與技術(shù)的推廣。

2 碳氮循環(huán)

碳氮循環(huán)常常相提并論，但2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文中涉及碳循環(huán)的論文數(shù)量明顯少于涉及氮循環(huán)的論文數(shù)量。2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表涉及碳循環(huán)的論文18篇，其中絕大部分是關(guān)于農(nóng)田土壤固碳及其與溫室氣體排放關(guān)系的研究。由于秸稈田間焚燒嚴(yán)重污染空氣，因此我國各級政府均出臺了嚴(yán)格限制秸稈田間焚燒的政策。2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表了趙文霞等[7]“典型農(nóng)作物秸稈組成及燃燒動力學(xué)分析”和葉巡等[8]“秸稈燃燒PM2.5及其碳組分排放特征研究”的文章，對于認(rèn)識秸稈燃燒過程和秸稈燃燒產(chǎn)生的污染物質(zhì)組成及其與秸稈種類、成分、燃燒條件等的關(guān)系是很有意義的。

以元素而論，2019年度《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文中涉及氮的論文數(shù)量僅次于重金屬元素，達(dá)到36篇，占總數(shù)的10%強(qiáng)。關(guān)于氮的研究涉及的領(lǐng)域非常廣泛，包括農(nóng)田氮素面源污染、N2O和NO排放、畜禽糞便中的氮素向環(huán)境的擴(kuò)散、生物炭和硝化抑制劑等對土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響，以及提高氮素作物利用率，減少氮素向環(huán)境擴(kuò)散的各種調(diào)控措施等。氮擴(kuò)散或轉(zhuǎn)化通量的定量化是提高農(nóng)業(yè)氮素利用率，減少向環(huán)境擴(kuò)散的科學(xué)基礎(chǔ)。

氮素是最為活性的元素，影響著人們生活和環(huán)境的各個(gè)方面，研究歷史很長，但仍有大量的科學(xué)問題有待破解。缺乏有效、可靠、可操作的原位測定氮轉(zhuǎn)化速率和交換通量的方法和技術(shù)，嚴(yán)重地制約了氮生物地球化學(xué)循環(huán)的研究進(jìn)展和對氮素的有效調(diào)控。2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文表明，這方面有了一定的進(jìn)展。王夢竹等[9]曾于2018年采用污染物排放因子法，估算出了我國規(guī)?；蜕B(yǎng)畜禽在2006—2016年期間，向陸地水環(huán)境中排放的氮元素通量。計(jì)算結(jié)果表明，在2006—2016年期間，全國由畜禽養(yǎng)殖排入水體中的氮元素年均通量達(dá)438.4萬t。趙潤等[10]構(gòu)建了基于近紅外漫反射光譜的規(guī)?；膛黾S水氮磷定量分析模型。李進(jìn)芳等[11]建立了膜進(jìn)樣質(zhì)譜儀測定水稻土反硝化、厭氧氨氧化（Anammox）、硝態(tài)氮異化還原為銨（DNRA）和凈脫氮4種氮轉(zhuǎn)化速率的測定方法。

3 生物炭

生物炭是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域也是如此，在2011年《學(xué)報(bào)》發(fā)表第一篇涉及生物炭的論文以后，關(guān)于生物炭的論文逐年增加，2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表了涉及生物炭的論文34篇（圖1）。在農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域，最為常見的是將生物炭作為重金屬元素的鈍化劑，這方面論文達(dá)19篇，超過涉及生物炭論文總數(shù)的50%。李英等[12]通過文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，雖然不同原料和制備條件下制備的生物炭修復(fù)重金屬污染土壤的能力有所差異，但生物炭由于其較大的比表面積和表面豐富的官能團(tuán)，對鎘和砷均具有較好的鈍化作用。改性生物炭，提高比表面積，增加表面官能團(tuán)數(shù)量，可進(jìn)一步提高生物炭修復(fù)鎘和砷污染土壤的效果。生物炭也具有固定或促進(jìn)抗生素和農(nóng)藥降解的作用。施用生物炭增加土壤有機(jī)質(zhì)含量以達(dá)到土壤固碳和減少溫室氣體排放的目的，也是生物炭重要的應(yīng)用研究。曹殿云等[13]的研究表明，生物炭可以提高鹽化水稻土壤的磷活性，同時(shí)又能提高土壤對磷的保持能力，因此，生物炭對土壤磷活性的促進(jìn)作用不足以引起磷向環(huán)境的釋放。夏麗丹等[14]觀察到生物炭具有提高紅壤磷活性的作用。由于紅壤呈酸性，且普遍缺乏磷素，因此，施用生物炭或許可改善紅壤的磷素營養(yǎng)狀況。

將有機(jī)廢棄物制備成生物炭，可極大地減少有機(jī)廢棄物對環(huán)境的污染。為生物炭尋找有效且經(jīng)濟(jì)可行的應(yīng)用領(lǐng)域，將可促進(jìn)有機(jī)廢棄物的生物炭化。關(guān)于生物炭的大量研究表明，生物炭對于改善土壤理化性質(zhì)、提高養(yǎng)分有效性、鈍化重金屬元素活性、增加土壤有機(jī)碳含量、減少溫室氣體排放等均有一定的效果。因此，生物炭的農(nóng)業(yè)利用具有很大的潛力，將生物炭的應(yīng)用潛力轉(zhuǎn)化為應(yīng)用現(xiàn)實(shí)是生物炭農(nóng)業(yè)利用研究者今后應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的問題。當(dāng)前關(guān)于生物炭的研究大多停留于實(shí)驗(yàn)室、溫室和田間小區(qū)試驗(yàn)階段，生物炭在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的研究非常有限。我們在繼續(xù)生物炭功能及其功能改進(jìn)研究的同時(shí)，更應(yīng)該加強(qiáng)生物炭應(yīng)用障礙因素及其消除障礙因素的方法和技術(shù)的研究，以促進(jìn)生物炭的實(shí)際應(yīng)用，發(fā)揮其環(huán)境保護(hù)功能。

4 抗生素

使用抗生素仍然是集約化養(yǎng)殖場防控畜禽病害的主要措施。防控畜禽病害的抗生素通過畜禽糞尿的農(nóng)業(yè)利用進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，成為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)抗生素的主要污染來源。2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表了9篇涉及抗生素的論文，內(nèi)容包括畜禽糞便中抗生素的去除、抗生素對土壤和水體微生物的毒性、畜禽糞便中抗生素的擴(kuò)散等。研究結(jié)果表明，畜禽糞便生物炭化可以基本消除其所含的抗生素[15]，種植重金屬超積累植物伴礦景天（Sedum plumbizincicola）修復(fù)鋅、鎘、抗生素復(fù)合污染土壤，在降低土壤中重金屬含量的同時(shí)也可有效地降低抗生素含量[16]。2019年度《學(xué)報(bào)》發(fā)表的抗生素方面論文未涉及我國農(nóng)田土壤抗生素污染現(xiàn)狀、來源和空間分布，以及農(nóng)產(chǎn)品中抗生素含量、種類等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5 多環(huán)芳烴

多環(huán)芳烴對土壤的污染是長期受到關(guān)注的問題，2004年以來每年都有若干篇關(guān)于土壤多環(huán)芳烴污染的論文（圖1）。2019年《學(xué)報(bào)》共發(fā)表了5篇涉及土壤多環(huán)芳烴污染的論文，其中4篇涉及土壤多環(huán)芳烴的來源和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，1篇研究多環(huán)芳烴污染對濕地土壤氮轉(zhuǎn)化的影響[17]。由于農(nóng)田多環(huán)芳烴污染并不如重金屬污染那么普遍和嚴(yán)重，研究相對較少。

6 微塑料

塑料制品為人類生活提供了極大的方便，已經(jīng)成為人們不可或缺的日常用品。薄膜覆蓋具有提高土壤溫度、緩解作物凍害、減少蒸發(fā)、保持土壤水分、減少雜草危害、提高作物產(chǎn)量等的作用，因而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用。另一方面，廢棄塑料任意丟棄形成的白色污染已經(jīng)對生態(tài)環(huán)境、人類和動物健康產(chǎn)生了危害。近年來，大塊塑料經(jīng)紫外線照射、碰撞磨損或工業(yè)生產(chǎn)等方式，形成的微塑料對環(huán)境的污染及其危害引起了人們的高度重視，2018年《學(xué)報(bào)》發(fā)表了第一篇涉及微塑料的綜述性文章[18]，2019年《學(xué)報(bào)》關(guān)于微塑料的文章增加至4篇。已經(jīng)發(fā)表的關(guān)于微塑料的5篇文章，其中3篇是綜述性論文，2篇研究性論文分別研究了微塑料對小麥種子發(fā)芽及幼苗生長的影響[19]和土壤環(huán)境對微塑料吸附四環(huán)素的影響[20]。

據(jù)筆者了解，微塑料大有成為農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域新研究熱點(diǎn)的趨勢，這有利于農(nóng)業(yè)環(huán)境的全方位保護(hù)。但是，農(nóng)業(yè)環(huán)境中微塑料的研究更需要切實(shí)避免一轟而上的跟風(fēng)現(xiàn)象，宜循序漸進(jìn)以免造成科研資源的浪費(fèi)。首先應(yīng)該扎實(shí)地解決農(nóng)業(yè)環(huán)境，特別是土壤環(huán)境中微塑料分離和測定方法的問題，統(tǒng)一微塑料定義、取樣、分離和測定方法，以使研究結(jié)果具有可比性。在此基礎(chǔ)上，積累農(nóng)業(yè)環(huán)境中微塑料含量、粒徑分布、組成成分、行為特征等基礎(chǔ)資料，以明確農(nóng)業(yè)環(huán)境微塑料污染是否對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生了可檢測的影響。如果答案是肯定的，而且在廣度和強(qiáng)度上都到了一定的程度，則應(yīng)該進(jìn)行微塑料污染危害的機(jī)理、污染防控和修復(fù)研究。明確開展農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域微塑料研究的必要性不能僅依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，而應(yīng)該有扎實(shí)的來自于農(nóng)業(yè)環(huán)境原位調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

農(nóng)業(yè)環(huán)境關(guān)乎人類的食品安全，涉及的內(nèi)容和《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文主題詞遠(yuǎn)非以上6個(gè)以“物質(zhì)”為基礎(chǔ)的主題詞所能涵蓋。例如，2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文中，其中32篇涉及微生物。微生物不僅是環(huán)境污染的敏感指標(biāo)，而且在污染物降解、元素和物質(zhì)轉(zhuǎn)化及循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，因而受到高度重視。研究方法和測定方法是一門學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，相比較而言，我國在這方面的進(jìn)展比較緩慢。農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域有必要加強(qiáng)這些方面的研究，為我國農(nóng)業(yè)環(huán)境實(shí)際的創(chuàng)新性研究成果奠定基礎(chǔ)。污染標(biāo)準(zhǔn)是判斷環(huán)境和食品是否受到污染的依據(jù)。改革開放以來，隨著人們生活水平的不斷提高，我國的膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化，食品中污染物指標(biāo)是否應(yīng)有相應(yīng)的調(diào)整，也是一個(gè)值得農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)研究的科學(xué)問題?？傊?，農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)肩負(fù)著保障農(nóng)產(chǎn)品安全和生態(tài)環(huán)境安全的重任，其研究必須建立在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上。