《農業環境科學學報》2019年刊出論文簡評

蔡祖聰

隨著我國經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，人們對自身環境質量和食品安全的要求日益增長。為了滿足人們對環境質量和食品安全的要求，近年來，各級政府加大了環境保護和治理的研發經費投入，科技部在化肥和農藥減量施用、重金屬污染土壤治理和修復、農業面源污染控制等農業環境領域設立了重點研發專項。人們的需求和政府的巨大投入極大地促進了農業環境科學的發展，農業環境科學呈現了前所未有的興旺景象?！掇r業環境科學學報》（以下簡稱《學報》）作為全國農業環境領域研發成果發布和交流平臺，恰逢其時?；仡櫤驮u述《學報》發表的論文，有助于這一領域的研發科技人員、碩士和博士研究生，以及從事和涉及農業環境保護的企業等了解當前的研究熱點、已經取得的研發進展和存在的知識短板等。為此，筆者嘗試著對2019年《學報》發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業環境領域各方面取得的研究成果，加之時間的限制，掛一漏萬在所難免，不當之處敬請批評指正。

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

農業領域農產品安全和環境問題既源于農業生產不可或缺的物質投入（如化肥、農藥、抗生素等的使用），也源于農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。前者依靠科學技術和管理，合理投入以減少對農產品安全和環境安全的威脅，后者則應盡可能地避免發生。本文以農業環境科學關注的“物質”為主題詞進行分類，統計了《學報》2009年改版為月刊后至2019年每年發表的論文數量（圖1）?？梢钥闯?，重金屬始終是農業環境領域最受關注的問題，涉及重金屬的論文數量始終保持在60篇/年以上，2019年《學報》發表的論文中，其中94篇涉及重金屬。論文數量次多的是氮和碳。2011年《學報》首次發表涉及生物炭（早期更多地稱為生物質炭）的論文，之后數量快速增加，2019年度涉及生物炭的論文達34篇，僅次于關于氮的論文（36篇）而位列第三。再其次為抗生素和多環芳烴等。本文重點評述農業環境領域關于這幾類物質的研究進展。

圖1 《農業環境科學學報》2009—2019年以生物炭、重金屬、氮、碳、多環芳烴、抗生素為主題詞發表的論文數量變化

1 重金屬污染

2019年關于重金屬的論文包括研究論文和綜述性論文，內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、重金屬環境風險評價、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，發現大氣沉降是我國農田土壤重金屬元素（除Cu）的主要來源，其次為畜禽糞便和磷肥。這一結果為在全國尺度上農田重金屬污染源頭控制提供了依據。由此可知，落實農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散途徑。后者或許不屬于農業環境科學領域的研究范疇，但是，農業環境科學工作者應當對此有所了解。值得注意的是，特定區域農田的重金屬主要來源并不一定是大氣沉降，對于一個具體的受重金屬污染的農田土壤，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前的研究熱點。在2019年度《學報》發表的論文中，重金屬污染土壤利用和治理的方法與技術主要還是以植物修復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]根據文獻報道結果，提出了農田土壤鎘鈍化劑鈍化效果優、良、中、差的4級評價指標。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用土壤資源不足條件下利用重金屬輕度污染土壤的權宜和有效的方法，2019年《學報》發表的論文中有4篇涉及到了這方面的研究[3-6]。關于重金屬的論文中，其中多達16篇論文同時涉及生物炭，內容包括生物炭制備方法對生物炭產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，研究結果無一例外地表明各種有機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。重金屬多元素復合污染、重金屬與抗生素復合污染等也受到較多的關注。

綜觀2019年度《學報》關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需要更加有效的新方法和新技術，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不僅需要考慮社會和環境效應，還需要考慮經濟效益。有效的方法和技術，如果缺乏經濟效益，推廣應用將會十分困難。但是，當前的研究從科學和技術層面考慮較多，經濟層面的考慮很少，不利于土壤重金屬污染防控、修復和利用方法與技術的推廣。

2 碳氮循環

碳氮循環常常相提并論，但2019年《學報》發表的論文中涉及碳循環的論文數量明顯少于涉及氮循環的論文數量。2019年《學報》發表涉及碳循環的論文18篇，其中絕大部分是關于農田土壤固碳及其與溫室氣體排放關系的研究。由于秸稈田間焚燒嚴重污染空氣，因此我國各級政府均出臺了嚴格限制秸稈田間焚燒的政策。2019年《學報》發表了趙文霞等[7]“典型農作物秸稈組成及燃燒動力學分析”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，對于認識秸稈燃燒過程和秸稈燃燒產生的污染物質組成及其與秸稈種類、成分、燃燒條件等的關系是很有意義的。

以元素而論，2019年度《學報》發表的論文中涉及氮的論文數量僅次于重金屬元素，達到36篇，占總數的10%強。關于氮的研究涉及的領域非常廣泛，包括農田氮素面源污染、N2O和NO排放、畜禽糞便中的氮素向環境的擴散、生物炭和硝化抑制劑等對土壤氮素轉化的影響，以及提高氮素作物利用率，減少氮素向環境擴散的各種調控措施等。氮擴散或轉化通量的定量化是提高農業氮素利用率，減少向環境擴散的科學基礎。

氮素是最為活性的元素，影響著人們生活和環境的各個方面，研究歷史很長，但仍有大量的科學問題有待破解。缺乏有效、可靠、可操作的原位測定氮轉化速率和交換通量的方法和技術，嚴重地制約了氮生物地球化學循環的研究進展和對氮素的有效調控。2019年《學報》發表的論文表明，這方面有了一定的進展。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?；蜕B畜禽在2006—2016年期間，向陸地水環境中排放的氮元素通量。計算結果表明，在2006—2016年期間，全國由畜禽養殖排入水體中的氮元素年均通量達438.4萬t。趙潤等[10]構建了基于近紅外漫反射光譜的規?；膛黾S水氮磷定量分析模型。李進芳等[11]建立了膜進樣質譜儀測定水稻土反硝化、厭氧氨氧化（Anammox）、硝態氮異化還原為銨（DNRA）和凈脫氮4種氮轉化速率的測定方法。

3 生物炭

生物炭是當前的研究熱點，在農業環境領域也是如此，在2011年《學報》發表第一篇涉及生物炭的論文以后，關于生物炭的論文逐年增加，2019年《學報》發表了涉及生物炭的論文34篇（圖1）。在農業環境領域，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19篇，超過涉及生物炭論文總數的50%。李英等[12]通過文獻分析發現，雖然不同原料和制備條件下制備的生物炭修復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，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，增加表面官能團數量，可進一步提高生物炭修復鎘和砷污染土壤的效果。生物炭也具有固定或促進抗生素和農藥降解的作用。施用生物炭增加土壤有機質含量以達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作用不足以引起磷向環境的釋放。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狀況。

將有機廢棄物制備成生物炭，可極大地減少有機廢棄物對環境的污染。為生物炭尋找有效且經濟可行的應用領域，將可促進有機廢棄物的生物炭化。關于生物炭的大量研究表明，生物炭對于改善土壤理化性質、提高養分有效性、鈍化重金屬元素活性、增加土壤有機碳含量、減少溫室氣體排放等均有一定的效果。因此，生物炭的農業利用具有很大的潛力，將生物炭的應用潛力轉化為應用現實是生物炭農業利用研究者今后應該重點關注的問題。當前關于生物炭的研究大多停留于實驗室、溫室和田間小區試驗階段，生物炭在生產實際中應用的研究非常有限。我們在繼續生物炭功能及其功能改進研究的同時，更應該加強生物炭應用障礙因素及其消除障礙因素的方法和技術的研究，以促進生物炭的實際應用，發揮其環境保護功能。

4 抗生素

使用抗生素仍然是集約化養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業利用進入農田生態系統，成為農田生態系統抗生素的主要污染來源。2019年《學報》發表了9篇涉及抗生素的論文，內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散等。研究結果表明，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）修復鋅、鎘、抗生素復合污染土壤，在降低土壤中重金屬含量的同時也可有效地降低抗生素含量[16]。2019年度《學報》發表的抗生素方面論文未涉及我國農田土壤抗生素污染現狀、來源和空間分布，以及農產品中抗生素含量、種類等基礎數據。

5 多環芳烴

多環芳烴對土壤的污染是長期受到關注的問題，2004年以來每年都有若干篇關于土壤多環芳烴污染的論文（圖1）。2019年《學報》共發表了5篇涉及土壤多環芳烴污染的論文，其中4篇涉及土壤多環芳烴的來源和風險評價，1篇研究多環芳烴污染對濕地土壤氮轉化的影響[17]。由于農田多環芳烴污染并不如重金屬污染那么普遍和嚴重，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、保持土壤水分、減少雜草危害、提高作物產量等的作用，因而在農業生產中也得到了廣泛的應用。另一方面，廢棄塑料任意丟棄形成的白色污染已經對生態環境、人類和動物健康產生了危害。近年來，大塊塑料經紫外線照射、碰撞磨損或工業生產等方式，形成的微塑料對環境的污染及其危害引起了人們的高度重視，2018年《學報》發表了第一篇涉及微塑料的綜述性文章[18]，2019年《學報》關于微塑料的文章增加至4篇。已經發表的關于微塑料的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芽及幼苗生長的影響[19]和土壤環境對微塑料吸附四環素的影響[20]。

據筆者了解，微塑料大有成為農業環境領域新研究熱點的趨勢，這有利于農業環境的全方位保護。但是，農業環境中微塑料的研究更需要切實避免一轟而上的跟風現象，宜循序漸進以免造成科研資源的浪費。首先應該扎實地解決農業環境，特別是土壤環境中微塑料分離和測定方法的問題，統一微塑料定義、取樣、分離和測定方法，以使研究結果具有可比性。在此基礎上，積累農業環境中微塑料含量、粒徑分布、組成成分、行為特征等基礎資料，以明確農業環境微塑料污染是否對農產品產量和品質產生了可檢測的影響。如果答案是肯定的，而且在廣度和強度上都到了一定的程度，則應該進行微塑料污染危害的機理、污染防控和修復研究。明確開展農業環境領域微塑料研究的必要性不能僅依據文獻報道，而應該有扎實的來自于農業環境原位調查的基礎數據。

農業環境關乎人類的食品安全，涉及的內容和《學報》發表的論文主題詞遠非以上6個以“物質”為基礎的主題詞所能涵蓋。例如，2019年《學報》發表的論文中，其中32篇涉及微生物。微生物不僅是環境污染的敏感指標，而且在污染物降解、元素和物質轉化及循環中發揮著重要作用，因而受到高度重視。研究方法和測定方法是一門學科發展的基礎，相比較而言，我國在這方面的進展比較緩慢。農業環境領域有必要加強這些方面的研究，為我國農業環境實際的創新性研究成果奠定基礎。污染標準是判斷環境和食品是否受到污染的依據。改革開放以來，隨著人們生活水平的不斷提高，我國的膳食結構發生了顯著的變化，食品中污染物指標是否應有相應的調整，也是一個值得農業環境科學研究的科學問題?？傊?，農業環境科學肩負著保障農產品安全和生態環境安全的重任，其研究必須建立在農業生產實際的基礎上。