《城市化对土壤生态环境的影响研究进展》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2019-03-01
  • 城市土壤是城市生态系统中最重要的组成部分之一,发挥着重要的生态系统服务功能。在全球快速城市化的背景下,城市土壤受到人类活动的强烈干扰,土壤物理、化学性质发生改变,土壤退化与污染日益加重。城市土壤退化导致土壤动物生态特征与行为模式发生变化,城市景观格局与土地利用类型的变化强烈影响了土壤动物的栖息地,为土壤动物的生存与生物多样性带来潜在威胁;另一方面,城市化过程改变了土壤微生物群落组成与功能特征。城市化直接影响了城市土壤维持植物生长、土壤自然消减能力以及碳储存功能等重要的生态系统服务功能。针对城市化过程对土壤生态环境产生的一系列影响,需要采用科学的管理方式,改善土壤理化性质,提高土壤环境质量,保护和恢复土壤生物多样性,从而增强城市土壤的生态系统服务功能。

相关报告
  • 《土壤重金属污染修复研究进展》

    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2019-08-22
    • 摘要:本文主要概括分析了当前土壤中重金属的污染实际情况,并深入研究了各项修复处理技术,为更细致全面地掌握各项修复处理技术,今后更好地开展土壤中重金属的污染修复提供技术参考。 关键词:土壤;重金属;污染;修复 过量的重金属元素进入土壤环境,导致了多种多样的生态环境问题,并威胁着动植物及人类的健康。伴随着土壤中重金属的污染问题日益加剧,社会各界对此问题的关注度逐渐提高,对土壤中重金属污染修复工作提出更高的要求。鉴于此,本文主要对土壤中重金属的污染修复处理技术进行综述分析,望能够为相关工程管理专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或依据。 1 现状分析 目前国内土壤重金属的污染中,含量超标重金属元素主要包括:镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等。过量重金属不仅会破坏土壤生态平衡,造成土壤退化,威胁粮食安全,而且会通过食物链威胁人类的身体健康。如发生在湖南的镉大米事件和铅中毒事件,日本神通川流域的骨痛病事件等。近期我国所发布的土壤污染现状调查分析报告中显示,镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属点位实际超标率各为:4.7%、0.8%、2.0%、2.6%、1.5%、1.4%、6.9%、1.0%。2016年,我国国务院发布土壤污染问题防治行动的计划中明确指出,注重重点区域内土壤污染问题防治工作,必须加大对重金属污染农田专项防治工作力度。 2 修复技术研究 2.1 物理修复技术 2.1.1物理工程专项修复技术 常见方法包括:深耕翻土、换土、去表土、客土等。客土,指将未受到重金属污染的新土壤完全覆盖于被污染土壤上层;去表土,指将已被污染表层土移去;换土,指将污染土壤移除掉,将未被污染土壤填入其中;深耕翻土,指把表面被污染土壤翻到底部;以上方法当中,只有前三种适用于重度污染区域;深耕翻土修复技术工程量相对较小一些,适用于重金属轻度污染区域。物理工程专项修复技术,其适用于受重金属污染面积较小的土壤区域。若被污染土壤的面积相对较大,不仅修复的费用投入较多,且已被污染土壤处理将成为全新环境污染的源头,往往是很难达到治标治本作用。 2.1.2电热修复技术 电热修复技术,主要指借助高频电压产生电磁波,提高土壤温度,将土壤中易挥发性的污染物解吸出来,再做凝结采集处理等的一种修复技术。目前该修复技术适用于土壤受Hg、Se等易挥发性重金属重度污染区域内使用,虽具有较好地修复处理效果,但费用相对较为昂贵,且工程量巨大。 2.1.3电动修复技术 电动修复技术,主要指土壤中重金属离子在电场作用下,以电渗透或电迁移等方式向电极方向移动,重金属离子在电极处富集,再借助离子的沉淀、电镀等手段集中处理的一种修复技术。该项技术属于原位修复技术,比较适用于黏土和淤泥土等较低渗透的土壤区域,实际修复效果通常会受土壤Ph、组分、缓冲性能等理化指标的影响。实验室借助该项修复技术针对重金属单一离子污染溶液进行模拟试验,效果相对较好。 2.2 化学修复技术 2.2.1化学萃取修复技术 化学萃取修复技术,主要是通过化学试剂将被污染土壤中重金属自固相逐渐转移到液相中的一项修复处理技术。但是,该项修复技术在实际操作方面相对较为复杂,且费用相对较高,极易出现二次污染情况。故需采用萃取性能极佳,且不会对土壤结构产生破坏作用的经济型萃取剂,这是今后研究的重点及热点问题。 2.2.2离子拮抗修复技术 在土壤中某些重金属的实际含量若相对较高,为更好地抑制其生物有效性,一般会通过添加一些其它的物质,以达到离子拮抗修复作用,如锌(Zn)、镉(Cd)等化学性质较为类似的金属物质,把适量的锌(Zn)加入至镉(Cd)含量较高的土壤中,是针对土壤受镉(Cd)严重污染最佳的一项修复技术。在土壤中加入适量的NH4+可以抑制重金属的生物有效性,但大量 NH4+和酸存在时也会改变重金属的化学形态和迁移,易造成二次污染。 2.2.3化学改良修复技术 化学改良修复技术,主要指向土壤中添加适量化学改良剂,促使土壤理化性质发生变化,提高土壤对重金属吸附、鳌合能力,从而降低重金属的生物有效性。海藻、木质素的物料、硫磺粉、石膏、石灰等提取物质及腐植酸肥均为常用改良剂。但是,大部分改良剂均会存在一定的限制范围,如天然矿物质改良剂储存量对大面积被污染土壤的修复有着一定限制;无机废气物质改良剂可抑制植物的生长,影响土壤的氮循环及微生物的呼吸等;有机固体废弃物相应的改良剂,会导致土壤中一些重金属可提取态的含量有所增加;天然提取类高分子化合物,该种改良剂通常还会诱发植物中毒情况。生物炭(bio)是一种新型的土壤修复材料,是生物质在缺氧环境中,经过高温热裂解后形成的性质较为稳定且富含炭的材料。生物炭的空隙结构相对较好,具有相对较大的比表面积和丰富的含氧官能团,且可以长期稳定地存在于土壤中,因此生物炭可以作为良好的土壤修复剂,尤其是对土壤中重金属具有较强的吸附固定能力,在降低重金属的生物有效性等方面具有广阔的应用前景。 2.3 生物修复技术 2.3.1微生物化修复技术 微生物修复技术,主要借助土壤中的藻类、菌类等各种微生物,其能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物,从而固定土壤中重金属,微生物还可以改变根际微环境,降低重金属的毒性,提升植物对于重金属实际去除率。 2.3.2植物修复技术 植物修复技术主要是借助重金属超富集植物吸收、降解、转化并固定土壤中重金属的一项修复技术,包括植物稳定、植物挥发及植物提取等。植物提取,指植物利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并逐渐转移至植物地上部分,通过收割植物地上部分集中处理,去除掉土壤中的重金属的一项修复技术。但是,绝大多数超富集植物的生物量相对较小、生长缓慢,且机械化操作存在一定难度系数。故该项修复技术比较适用于小区域污染的土壤修复中;植物挥发,主要借助植物根系分泌的一些特殊物质,不断吸收土壤中重金属,将其转化成气态释放出去。但是,该项修复技术只能把重金属自固相逐渐转化为气相,极易出现二次污染。植物稳定,主要指通过植物根系的吸收、还原作用,降低土壤中重金属的生物有效性,逐渐惰化重金属,固定于根系或根际土壤中,降低对人类健康的污染风险。 2.4 联合修复技术 因单一修复处理技术均有一定的优缺点。目前,多种修复处理技术的联合使用被广泛应用于实践工作中。常见的联合修复处理技术包括:化学改良剂联合植物修复处理技术、电动联合植物修复处理技术、微生物联合植物修复处理技术、基因工程联和植物修复技术等,需广大土壤修复科技工作者能够结合实际修复处理要求及标准予以科学合理地选择,以便于提升土壤重金属污染的修复处理效果。 3 结语 通过以上分析论述,我们对土壤中重金属的污染实际情况及各项修复处理技术等,均有更深层次地认识及了解。为了能够更好地应用各项修复处理技术,开展土壤中重金属的污染修复工作,还需广大技术工作们能够多参与到实践工作中去,多积攒更为丰富地实践工作经验,以便于充分发挥各项修复技术应用优势,确保土壤中重金属的污染修复工作高效进展。
  • 《武汉植物园在城市化对传粉者多样性和传粉服务的影响研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-06-27
    • 城市化是人类世最突出的生态过程之一,对全球范围内的生物多样性有着广泛而深远的影响。生境丧失和破碎化,外来物种引入,热岛效应,光、噪音、空气、土壤污染等伴随城市化的各种事件都会改变原有物种的适合度和生活史,种群动态,物种间相互作用,群落结构以及生态系统服务功能。随着全球范围内城市化进程不断增加,研究人员、公众和政府对如何管理城市从而促进生物多样性保护、粮食生产和生态恢复以实现可持续的未来发展产生了浓厚兴趣和广泛关切。植物与动物间的传粉相互作用及其结果是生态系统的关键过程和重要服务功能,地球上近90%被子植物的繁衍以及人类食物的三分之一依赖动物传粉。目前,由于人类活动加剧引起的环境快速变化,世界不同国家和地区报导了不同程度的传粉者种群衰退甚至灭绝;而城市中不同类型绿地被认为可作为特定传粉者的避难所,同时城市农业的兴起和发展带来的社会和经济价值,使得城市传粉互作过程受到广泛关注。在这一背景下,全面客观评价城市提供的高度异质化生境对不同类型传粉者多样性的影响及其潜在原因,分析城市化对传粉服务功能的影响式样和结果,具有重要的科学价值和迫切的现实意义。   中国科学院武汉植物园植物繁殖生态学学科组近年来持续关注城市环境与动植物传粉互作,系统梳理了传粉者多样性的生态价值和综合功能(Plant Diversity, 44: 429-435, 2022),揭示了城市环境对传粉者多样性和传粉服务的影响可以发生在极小的尺度上(Urban Forest and Urban Greening, 65: 127378, 2021)。近期,学科组与德国哈勒·威登堡大学合作,系统收集了全球可用数据并深入分析了城市化与传粉者多样性及传粉服务的关系,并通过对城市环境特征以及传粉者特征分析,提出了一系列可能发挥作用的因子,重点探讨了以下三个科学问题。首先,城市化对传粉者多样性的影响。与自然生境相比,城市中传粉者多度不变,但物种数显著降低;城市内部差异显著,这种差异与城市环境异质性高度有关,中等干扰程度且食物和筑巢资源丰富的生境能支持较高的传粉者多样性。不同类群传粉者响应具有明显差异,鳞翅目昆虫受影响最严重,其次膜翅目和双翅目,而鸟类和鞘翅目未受影响。值得关注的是,城市化促进了外来的传粉者,减少了本地物种,外来物种可能通过竞争花资源、筑巢地点或传播寄生虫和病原体而加剧本地野生物种的保护风险。第二,城市化对具有不同功能性状传粉者的过滤作用。城市化显著减少了地下筑巢、独居性和早春活动的传粉者多样性,但食性多寡、体型大小和活跃时长等不是显著影响因素,未来需对物候、耐热性、飞行能力等影响适应城市环境的性状展开深入研究。第三,城市化对传粉服务的影响。虽然传粉者多样性降低,但是城市传粉者仍然为城市植物提供足够的传粉服务,尤其结籽率,泛化的蜜蜂属和熊蜂属昆虫对城市化耐受程度高,对促进城市植物繁殖成功有重要意义。另外,具对称性花的植物繁殖成功显著增加,而植物来源(外来或者本地)并不影响其在城市中的繁殖成功。   研究首次量化了城市化对传粉者多样性和传粉服务的影响,并探讨了可能的影响因素,提出了潜在的传粉者多样性保护策略。如花资源多样性可以显著提高传粉者的多样性,从而缓解城市化的消极影响。未来城市传粉保护应注重提高绿地的质量和连接性,满足不同生态需求的传粉者,从而增加其多样性。相关结果为城市生态系统中生物多样性保护和管理提供了科学依据,也为城市化在提高人类福祉的过程中如何更好呈现和发挥生态价值提供了思考方向。   研究成果以The effects of urbanization on pollinators and pollination: A meta-analysis为题,发表在生态学旗舰期刊Ecology Letters上。梁欢博士为论文第一作者,德国哈勒·威登堡大学Panagiotis Theodorou博士和杨春锋研究员为共同通讯作者,博士研究生何勇登参与了研究。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB31010000)、国家自然科学基金项目(32100188,31970253,32270243)的资助。