特约主编致读者

特约主编致读者  陈世宝 土壤是人类赖以生存的最基本和最重要的自然资源。土壤环境质量与生态安全是支撑我国生态文明建设的重要基础,也是我国经济和社会可持续发展的重大民生问题。随着我国社会和经济高速发展,土壤不断遭到各种“有害”物质的污染。土壤污染的发生特征与土壤的特殊地位和功能是分不开的。土壤污染具有多来源、迁移多途径、过程多因素及时空分异的环境演化特征。首先,土壤是人类生存环境基本要素之一,大气或水体中的污染物质通过迁移、转化后进入土壤,使土壤遭受污染;其次,在农业生产中,为了提高农产品的产量和品质,人们大量施用化肥和农药,过量的化肥和农药造成土壤污染;此外,土壤历来就作为工业与生活废物（废渣、污水和垃圾等）的处理场所,大量有机和无机污染物随之进入土壤。万物土中生,土壤污染是农产品质量不安全的源头。当今,由土壤污染引起的农产品质量与安全问题越来越引起社会的广泛关注,也给我们的生活带来了诸多不利影响。土壤污染主要包括重金属污染、农药和持久性有机物污染、过量化肥施用引起的氮和磷污染等多方面。土壤调查结果显示,目前我国有近3亿亩耕地受到不同程度污染,约占耕地总面积的1/6,每年仅因土壤重金属污染带来的直接经济损失超过数百亿元,因土壤污染引起的人体健康与环境群发事件已引起社会各界高度关注。近年来,尽管我国各级政府对土壤污染的关注不断提升,由于土壤污染具有隐蔽性、不可逆性和长期性,与水体和大气污染相比,土壤污染的趋势还远未得到有效遏制。 农田土壤环境质量的不断恶化,将直接影响我国农田生态系统的食品安全、人体健康和经济的可持续发展,同样会给我们生存环境带来危害。土壤既是环境污染物的“汇”,也是其他环境要素污染的“源”。土壤受到污染后,土壤中的污染物将通过多种方式溶在水中或以粉尘形式飘在空中,导致水环境和大气环境质量下降,致使天不再蓝,水不再碧;而对于农产品的质量安全而言,“净土”是“洁食”的前提和基本保障,唯有净土才能洁食,才能保证人体的健康,最终才能保障整个社会的稳定与发展。 土壤污染与人为不合理的污染物排放或生产活动密切相关。最近30多年来,工业化、城市化、农业集约化的快速发展以及人们对土壤资源高强度的开发利用,使大量未经处理的固体废弃物向土壤转移,过量的化肥与农药在土壤中残留,含重金属超标的污水灌溉等造成我国大面积农田土壤发生显性或隐性的重金属污染。由此,针对我国土壤污染的特征与防治现状,全局性、前瞻性地开展我国土壤污染防治科技发展战略研究,全面提升我国土壤污染防治科技创新能力,是新时期我国生态文明建设的重要内容之一,也是落实《土壤污染防治行动计划》和《土壤污染防治法》工作的重要科技保障。 近10多年来,美国、欧洲、日本等发达国家针对土壤污染的成因与过程、污染物毒性评价及污染土壤治理技术等方面开展了系统的基础理论与技术研发,在土壤污染物源解析、多介质与多界面传输过程及不同尺度预测模型等方面取得突破性进展,构建了基于不同土壤污染物的毒性数据库和土壤污染风险识别方法与风险评估体系,并形成和发展了较完整的土壤环境监测方法、技术及污染土壤修复技术体系。相比而言,我国在土壤污染研究的基础数据信息、多尺度下土壤环境污染物的界面过程、污染物的环境迁移转化与生态健康效应及土壤污染监测与预警体系等相关领域的研究相对滞后,相关基础研究难以满足当前我国土壤污染防治工作的需求。基于此,本专辑共收录论文22篇,汇集了土壤污染监测与土壤环境质量评价、土壤与地下水污染风险评估及污染土壤修复研究的若干最新研究成果。其中,5篇论文是针对土壤中新型污染物抗生素环境监测方法、全国土地质量地球化学调查及土壤中重金属等元素分布模式的驱动机制与互动过程等研究的,4篇论文有关土壤中不同污染物健康风险评估及污染土壤等级划分,不同类型污染土壤修复技术研究有7篇论文,土壤污染与地下水化学特征及其成因相关研究的文章有5篇,农田土壤污染防治相关研究进展的文章有1篇。值得一提的是,本专辑有幸收录了成杭新等和李括等的2篇关于我国土地质量地球化学调查20年相关成果及表生地球化学动力学与土壤中化学元素分布模式的驱动机制相关的力作,论文对我国近20年来耕地地球化学状况、省会城市土壤环境质量状况、主要淡水湖泊沉积物环境质量状况及主要农耕区土壤碳库变化等方面的调查成果做了较全面的总结,相关研究结果揭示了时空大尺度中国土壤环境质量变化趋势并为今后我国土地管理与土壤污染防治工作提供了很好的借鉴。通过本专辑相关论文的发表,以期为我国土壤污染防治的环境污染监测技术、污染物健康风险评价、污染土壤修复、土壤污染风险评估及管控技术等方面的研究提供参考。土壤污染与防治,除了开展上述基础研究外,还要大力开展土壤与环境质量保护的宣传与科普工作,让全社会认识到唯有“净土”才能“洁食”,“净土”与“蓝天、碧水”是同等重要的国家生态与环境安全发展的长远战略问题。 感谢所有作者、审稿专家及编辑部全部工作人员在本专辑出版过程中的辛苦付出！     

我国土壤中铜的污染现状与修复研究进展

铜是动植物必需的微量营养元素,但过量的铜会严重影响动植物的生长。近年来,随着工农业的迅速发展,土壤铜污染已成为重要的土壤环境污染问题之一。土壤铜污染不仅降低土壤环境质量,而且影响植物、土壤微生物、土壤酶活性等的平衡稳定发展,并威胁农产品质量安全。文中综述现阶段我国土壤铜污染的来源、污染现状,分析了土壤铜污染的特点及对土壤生态系统的危害,介绍土壤铜污染的预防方法,分析并总结目前用于治理土壤铜污染的修复技术原理、适用性及其国内外研究与发展动态,进一步提出未来我国土壤铜污染修复技术有待深入研究的相关问题,以期为我国土壤铜污染的研究和修复治理提供参考。     

基于作物Cd富集系数的土壤有效态Cd化学浸提方法筛选

土壤中镉(Cd)被作物吸收的程度及其生态风险取决于土壤中Cd的赋存形态,基于Cd有效形态的污染土壤风险评价及在此基础上制订污染土壤修复安全阈值是Cd污染农田土壤风险评价和治理亟待解决的问题。目前针对土壤中重金属有效态的化学浸提方法较多,但缺乏针对不同性质土壤中有效态Cd的普适性浸提方法已成为Cd污染土壤风险评价技术瓶颈。本研究采集了全国9个不同性质农田土壤,以水稻、小白菜和玉米为测试作物,通过外源添加方法制备Cd污染土壤,结合土壤培养和盆栽实验,测定了5种常用化学浸提方法,包括中性无机盐浸提方法(CaCl₂浸提法)、弱酸浸提法(HCl浸提法)、络合螯合剂浸提方法(DTPA和ETPA浸提法)和组合浸提方法(Mehlich-3(M3)浸提法)对不同性质土壤中有效态Cd浸提效果及其与作物Cd吸收的量化关系,筛选适用于不同性质土壤中有效态Cd的通用浸提方法。结果表明,不同化学浸提法提取的土壤有效态Cd含量间具有显著差异,不同浸提方法对土壤中Cd的浸提率(%)为DTPA≈EDTA≈HCl> M3≈CaCl₂。不同化学浸提态Cd与作物Cd吸收的相关...     

中国农田土壤重金属污染防治现状与问题思考

土壤是农业可持续发展的基础。经过近40年的经济快速发展与农业高度集约化生产后,我国农田土壤污染与土壤环境质量下降问题逐渐凸显。当前,中国农田土壤重金属污染形势不容乐观,对农产品的安全生产和食品安全构成威胁。文章首先对我国农田土壤重金属污染现状与污染特点、农田重金属污染来源及修复技术研究现状等进行了总结。结果显示：(1)我国农田土壤重金属污染点位超标率相对较高,但以轻度污染为主;(2)污染土壤中主要以Cd、As、Hg、Pb和Cr这5种健康风险重金属元素为主,尤其以Cd风险最高,而以生态风险为主的Ni、Cu和Zn 3种重金属环境风险相对较小;(3)农田土壤污染分布总体表现为南方重于北方,东部重于西部;(4)农田土壤污染逐渐呈现由工业源向农业源、城郊向农村、土壤向食物链转移的发展趋势。基于文献计量方法对我国近30年来农田土壤污染防治研究的热点与趋势进行了分析。结果表明,我国农田土壤污染防治研究主要始于2000年前后,2009年后进入快速发展阶段,研究热点主要包括重金属污染监测、土壤环境环境质量评价、重金属污染土壤修复技术等,近10年来污染土壤修复技术表现为从单一修复技术向联合修复技术发展态势。此外,文章对我国农田重金属污染修复的一般程序、不同污染程度农田土壤的安全利用技术与高风险污染土壤的管控技术进行了评价,最后,对我国当前农田重金属污染防治过程中出现的问题进行了思考,同时针对我国今后农田重金属污染防治研究进行展望,提出了基于源头控制与风险管控措施相结合的农田重金属污染防治体系,以期为未来我国农田土壤重金属污染防治研究规划以及土壤重金属污染防治技术的创新提供参考与借鉴。     

草本植物间作对空心菜Pb吸收、转运的影响

为了研究不同草本植物间作对空心菜生长状况及对Pb的吸收、转运效果,采用盆栽试验,研究了空心菜在Pb污染土壤中单作及与10种草本植物(高丹草、苏丹草、狼尾草、黑麦草、苦荬菜、菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿、紫云英)间作对Pb吸收、积累的影响。结果表明：空心菜与黑麦草、苦荬菜、菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿以及紫云英间作后的茎叶生物量较空心菜单作增加显著(P<0.05),增加了15.79%~84.75%。不同间作方式下的空心菜茎叶Pb含量为7.11~15.36 mg/kg,茎叶Pb富集系数(BCF)为0.024~0.051,根茎叶Pb转运系数(TF)为0.240~0.470。与高丹草、苏丹草、苦荬菜、菊苣以及籽粒苋间作后,空心菜茎叶Pb含量较单作(对照)降低了24.39%~41.46%,茎叶Pb积累量较单作降低了65.36%~75.06%;此外,与上述5种植物间作后空心菜的根际土壤有效态Pb含量降低了4.47%~9.09%,根际土壤pH值则增加了0.32%~2.74%。10种间作植物茎叶Pb含量大小为菊苣>黑麦草>苦荬菜>高丹草>苏丹草>紫云英>紫花苜蓿>狼尾草>三叶草>籽粒苋。不同间作方式下每盆植株Pb总积累量为0.560~2.108 mg/盆,10种间作处理是空心菜单作处理的1.73~3.76倍。研究结果表明,高丹草、苏丹草、苦荬菜、菊苣和籽粒苋与空心菜间作有效降低了空心菜对Pb的吸收积累,同时提高了整个体系对土壤中Pb的总积累量,在间作修复中是较为理想的组合模式。     

土壤环境基准的科学问题与研究方法：以Cd为例

土壤环境基准是土壤环境质量标准制定的科学依据和基础。环境基准是土壤环境保护研究的前沿领域,涉及土壤环境化学、环境毒理学、生物学和风险评估等多学科交叉与基础性科学问题,了解和解决其所涉及的这些科学问题,是土壤环境基准研究的前提。本文针对土壤环境基准研究中影响重金属毒性阈值的非生物因子、生物因子、剂量-效应关系测定中等几个关键科学问题进行了阐述,包括土壤老化因子与淋洗因子的矫正,低剂量刺激效应拟合及毒性数据归一化方法等,最后以农田土壤Cd为例,推导出不同性质土壤中Cd环境基准(HC₅)及其与土壤性质的连续性分布曲线方程(LogHC₅=0.132pH+0.083OC+0.008CEC-1.448),以期为农田土壤环境指标基准的研究提供参考与借鉴。     

Fe对稻田土壤重金属迁移转化影响机制及研究进展

我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与多种重金属的地球化学过程。文章针对Fe氧化物对重金属的作用机制、土壤中Fe的生物化学过程、稻田系统中Fe对重金属吸收转运的影响,以及Fe相关材料在重金属污染土壤修复中的应用等方面进行总结。结果显示：(1)土壤中Fe氧化物主要通过吸附/络合/沉淀作用固定重金属,或通过氧化还原作用降低重金属的毒性和有效性;(2)土壤环境的变化容易引起Fe氧化物的还原溶解/氧化沉淀,以及微生物介导的Fe(III)还原和Fe(II)氧化等过程;(3)稻田环境变化关系到土壤中Fe氧化物的形态转化、水稻根表铁膜的形成与成矿过程、水稻对Fe的吸收转运等,从而影响重金属在土壤-水稻中的运移;(4)Fe相关材料对土壤单一重金属污染修复效率高,但尚未在重金属复合污染土壤修复中大面积应用。同时,对我国当前Fe相关材料在稻田重金属复合污染修复应用中存在的问题进行思考,对今后的研究方向进行展望,以期为稻田重金...     

特约主编致读者

<正>土壤是保障我国可持续发展至关重要的自然资源。土壤环境安全是支撑美丽中国与生态文明建设的重要基础,是影响“住得安心、吃得放心”的重大民生问题。当前,我国土壤污染防控形势严峻,农田土壤污染面广量大,流域性或区域性土壤污染态势凸显,镉米、镉麦等农产品重金属超标现象严重;工业企业、遗弃场地、固体废物集中填埋场、工业园区及周边场地土壤均存在较严重的重金属与有机污染,形成了不同类型的污染场地,污染地块数量众多,导致环境危害事件频发。土壤污染严重威胁我国粮食安全、生态环境安全和公众健康,土壤生态环境安全问题已成为中国可持续发展的制约因素。党中央、国务院高度重视土壤环境保护工作,党的十八大报告明确提出,把生态文明建设提到首要位置,确保我国耕地数量与质量;党的十九大报告明确指出要坚决打好土壤污染防治攻坚战,着力解决突出的环境问题,强化土壤污染管控与修复。因此,全局性、前瞻性地开展我国土壤污染防治科技发展战略研究,厘清土壤污染防治科技发展思路和目标,是新时期生态文明建设的重要内容,能为我国经济社会绿色、可持续发展提供强有力的科技保障。     

根细胞壁中镉亚细胞分布对土壤-烟草系统中镉吸收、转运的影响

根细胞壁是植物吸收、转运镉(Cd)的第一道屏障。为了揭示烟草根细胞壁中Cd的亚细胞分布与结合形态对烟草茎叶Cd吸收、转运的影响机理,文中研究了12种不同烟草根、茎、叶对Cd的富集、转运特征,利用活体细胞分离技术分析了根细胞壁中Cd的亚细胞分布及结合形态,在此基础上对根细胞壁Cd的亚细胞分布与烟草Cd吸收、转运的关系进行了研究。结果表明不同烟草根、叶对土壤中Cd的富集系数间存在显著差异(P<0.05)：根中Cd含量为3.13~7.10 mg/kg,最大相差2.27倍;烟叶中Cd含量为3.29~9.93 mg/kg,最大相差3.0倍;根叶转运系数为0.50~3.17,最大相差6.34倍。烟草根部Cd主要以醋酸浸提态(FHAC)为主。不同细胞壁组分中Cd含量测定发现,去果胶后细胞壁(CW-P)中Cd含量显著增加,而去半纤维素后细胞壁中Cd含量显著降低。去果胶后细胞壁中Cd含量与根叶中Cd的转运系数呈显著的负相关,转运系数最低的K346中,CW-P中Cd含量最高,说明半纤维素是烟草根细胞壁蓄积Cd的主要场所,烟草根细胞壁中半纤维素对Cd的束缚降低了Cd通过长距离向地上部分的转运。     

实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对镉污染土壤修复效果评价

本研究基于小麦、玉米、高粱籽粒及烟草烟叶镉(Cd)消减率、修复边际效率及土壤中Cd有效态含量的变化等对比了实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对Cd污染农田土壤的修复效果。研究结果表明：骨炭粉与海藻肥使玉米、小麦、高粱和烟草对Cd的吸收、转运均有显著(P<0.05)降低作用;在田间条件下,骨炭粉与海藻肥对不同作物籽粒或烟叶的Cd消减率为16.2%~39.8%,可增加作物产量12.3%~38.6%。钝化剂对不同作物增产效果有一定差异,对小麦籽粒增产作用最为有效。研究发现添加钝化剂改变了Cd在土壤团聚体中的分布,使得Cd在大粒径团聚体中负载量增加,并且与对照相比,显著提高土壤pH(提高0.43~0.77),降低土壤Cd的有效性,有利于控制Cd在土壤植物系统中的迁移。总体而言,不同钝化剂的Cd污染土壤修复边际效率为3.99%~14.74%,同海藻肥相比,骨炭粉的修复边际效率较高。不同钝化剂在盆栽实验的修复效果优于田间实验的效果,可能是因为相比于田间实验,盆栽实验条件下根系的作用范围有限,钝化剂的作用效果较高。