蔡祖聰

隨著我國(guó)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(duì)自身環(huán)境質(zhì)量和食品安全的要求日益增長(zhǎng)。為了滿足人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量和食品安全的要求，近年來(lái)，各級(jí)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(jiǎn)稱《學(xué)報(bào)》）作為全國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域研發(fā)成果發(fā)布和交流平臺(tái)，恰逢其時(shí)?；仡櫤驮u(píng)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(shí)短板等。為此，筆者嘗試著對(duì)2019年《學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文作一簡(jiǎn)短評(píng)述。由于筆者知識(shí)的局限性，無(wú)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(wàn)在所難免，不當(dāng)之處敬請(qǐng)批評(píng)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(lái)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(duì)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）?？梢钥闯?，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(píng)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(lái)源及其識(shí)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(píng)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(guó)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(guó)農(nóng)田土壤重金屬元素（除Cu）的主要來(lái)源，其次為畜禽糞便和磷肥。這一結(jié)果為在全國(guó)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(lái)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(duì)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(lái)源并不一定是大氣沉降，對(duì)于一個(gè)具體的受重金屬污染的農(nóng)田土壤，其來(lái)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(jí)評(píng)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(duì)生物炭產(chǎn)品重金屬含量的影響和施用生物炭對(duì)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(wú)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(duì)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(huì)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(huì)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(guó)各級(jí)政府均出臺(tái)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(dòng)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(duì)于認(rèn)識(shí)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?jī)H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(duì)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(zhǎng)，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(cè)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(duì)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(mèng)竹等[9]曾于2018年采用污染物排放因子法，估算出了我國(guó)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(guó)由畜禽養(yǎng)殖排入水體中的氮元素年均通量達(dá)438.4萬(wàn)t。趙潤(rùn)等[10]構(gòu)建了基于近紅外漫反射光譜的規(guī)?；膛?chǎng)糞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(cè)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(cè)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(duì)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(duì)磷的保持能力，因此，生物炭對(duì)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(yíng)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(duì)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(duì)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?cè)诶^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(chǎng)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(lái)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(duì)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(guó)農(nóng)田土壤抗生素污染現(xiàn)狀、來(lái)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(duì)土壤的污染是長(zhǎng)期受到關(guān)注的問題，2004年以來(lái)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(lái)源和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，1篇研究多環(huán)芳烴污染對(duì)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(duì)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(duì)生態(tài)環(huán)境、人類和動(dòng)物健康產(chǎn)生了危害。近年來(lái)，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(duì)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(duì)小麥種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響[19]和土壤環(huán)境對(duì)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(shì)，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(cè)定方法的問題，統(tǒng)一微塑料定義、取樣、分離和測(cè)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(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生了可檢測(cè)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(lái)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(cè)定方法是一門學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，相比較而言，我國(guó)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(guó)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(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，我國(guó)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。