土壤環(huán)境與生態(tài)安全

前言

　　土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料和人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤環(huán)境是地球表層生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)換的重要環(huán)境單元和中心樞紐。土壤環(huán)境質(zhì)量維系著農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、生物棲身質(zhì)量和人居環(huán)境質(zhì)量。在人類經(jīng)濟(jì)社會的活動過程中，維持土壤的生產(chǎn)功能、生態(tài)功能和環(huán)境功能，避免土壤質(zhì)量退化，消除土壤營養(yǎng)和健康障礙，改善與提高土壤環(huán)境質(zhì)量，保障食物安全、生態(tài)安全和人體健康，是我們地球村人世世代代的義務(wù)和使命?！　　锻寥拉h(huán)境與生態(tài)安全》一書認(rèn)為，土壤是地球陸地表層孕育生物、維持生態(tài)平衡的活系統(tǒng)，土壤環(huán)境是由土體內(nèi)部環(huán)境，土體外部水、氣、人文環(huán)境及其界面環(huán)境組成的整體，并提出土壤環(huán)境系統(tǒng)及其與農(nóng)產(chǎn)品安全、生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)系是現(xiàn)代土壤學(xué)研究的重點(diǎn)。這是富有創(chuàng)新思想、深度引領(lǐng)、現(xiàn)實(shí)視野的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。全書突出土壤環(huán)境與生態(tài)安全的主題，綜合介紹了與農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)境、全球變化相關(guān)的土壤養(yǎng)分、膠體、生物、酸化、污染、修復(fù)及溫室氣體排放等多方面的新理論、新方法、新技術(shù)，以及國際科技前沿發(fā)展新趨勢和新需求，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用意義?！　≡摃怯?2位一直活躍在國際土壤科學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、全球變化領(lǐng)域前沿研究的海內(nèi)外知名科學(xué)家聯(lián)合撰寫的，是他們及其課題組多年學(xué)術(shù)研究成就的系統(tǒng)總結(jié)，也是中國科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國際合作伙伴計(jì)劃項(xiàng)目研究成果的結(jié)晶。該書內(nèi)容系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)完整、圖文并茂，具有前沿性、前瞻性和引領(lǐng)性，是一本非常難得的著作。相信，該書的出版，將有益于土壤學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、全球變化等研究領(lǐng)域的廣大科技工作者和研究生及時(shí)了解國際前沿和開展相關(guān)研究工作，也必將有力地引領(lǐng)和帶動我國現(xiàn)代土壤科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

內(nèi)容概要

本書是“十一五”期間中國科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國際合作伙伴計(jì)劃項(xiàng)目(批準(zhǔn)號：CXTD-Z2005—4)研究成果的結(jié)晶，也是團(tuán)隊(duì)12位海內(nèi)外知名教授多年從事土壤科學(xué)技術(shù)前沿研究工作的總結(jié)。全書共12章，分中、英文上、下兩篇，突出土壤環(huán)境與生態(tài)安全的主題。全書綜合介紹了土壤養(yǎng)分、土壤膠體、土壤生物、土壤生態(tài)、土壤酸化、土壤污染、土壤修復(fù)、植物營養(yǎng)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、土壤溫室氣體與全球變化等多方面的科學(xué)技術(shù)研究新進(jìn)展與前沿發(fā)展新趨勢，提出了一些新的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題與研發(fā)需求，具有重要的引領(lǐng)學(xué)術(shù)研究的價(jià)值和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的意義。    本書可作為土壤學(xué)、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)等領(lǐng)域的科研工作者、研究生以及技術(shù)人員的參考書，也可作為高等院校、研究所相關(guān)專業(yè)研究生課程的參考教材。

書籍目錄

序前言上篇  1  緒論    1.1  土壤環(huán)境系統(tǒng)及其問題   　 1.1.1  以系統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)識土壤環(huán)境　    1.1.2  土壤環(huán)境系統(tǒng)問題    1.2  土壤環(huán)境系統(tǒng)研究態(tài)勢    1.3  土壤環(huán)境系統(tǒng)與生態(tài)安全的研究和發(fā)展方向    參考文獻(xiàn)  2  設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境和植物響應(yīng)機(jī)制與農(nóng)產(chǎn)品安全    2.1  設(shè)施土壤養(yǎng)分和鹽分積累特征及其關(guān)鍵因子分析    2.2  設(shè)施土壤條件下氮素去向及其環(huán)境效應(yīng)    2.3  設(shè)施土壤環(huán)境對作物生長的影響及其分子生物學(xué)機(jī)制    2.4  植物對設(shè)施土壤的適應(yīng)機(jī)制及其促進(jìn)磷庫利用的生物技術(shù)途徑    　2.4.1  土壤化學(xué)逆境脅迫下番茄根14—3—3蛋白基因家族的表達(dá)譜  　  2.4.2  轉(zhuǎn)丁F了7擬南芥耐鹽脅迫的分子生理機(jī)制  　    2.4.3  轉(zhuǎn)APx擬南芥和轉(zhuǎn)了1FT7擬南芥對氮磷鉀貧瘠脅迫的耐性  　  2.4.4  轉(zhuǎn)APx擬南芥耐重金屬鋅脅迫的分子生理機(jī)制　    2.4.5  調(diào)控分子在促進(jìn)植物利用土壤磷庫中的作用    參考文獻(xiàn)  3  亞熱帶地區(qū)酸性土壤氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律及其環(huán)境效應(yīng)    3.1  亞熱帶酸性土壤的硝化作用  　  3.1.1  亞熱帶酸性土壤硝化作用特點(diǎn)　    3.1.2  亞熱帶酸性土壤硝化作用的影響因素　    3.1.3  農(nóng)業(yè)利用對亞熱帶酸性土壤硝化作用的影響    3.2  亞熱帶酸性土壤的反硝化作用  　  3.2.1  亞熱帶酸性土壤反硝化作用特點(diǎn)　    3.2.2  亞熱帶酸性土壤反硝化作用的影響因素　    3.2.3  土地利用方式對亞熱帶酸性土壤反硝化作用的影響    3.3  亞熱帶酸性土壤硝化作用的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)  　  3.3.1  亞熱帶酸性土壤硝化作用與土壤酸化　    3.3.2  亞熱帶酸性土壤硝化作用與硝態(tài)氮淋溶  　  3.3.3  亞熱帶酸性土壤硝化作用與氧化亞氮排放    參考文獻(xiàn)  4  酸性土壤中植物對鋁的積累及胡枝子耐鋁毒機(jī)制    4.1  酸性土壤中植物對鋁的積累    　4.1.1　中國南方紅壤酸度現(xiàn)狀與鋁形態(tài)分級　    4.1.2  酸性土壤中植物鋁積累狀況　    4.1.3  植物果實(shí)／種子鋁積累與人類健康    4.2  酸性土壤先鋒植物——胡枝子的耐鋁機(jī)理及對酸性土壤的協(xié)調(diào)適應(yīng)  　  4.2.1  胡枝子對鋁的耐性　    4.2.2  胡枝子耐鋁的外部排斥機(jī)理——根系有機(jī)酸與酚的分泌　    4.2.3  胡枝子對酸性土壤的協(xié)調(diào)適應(yīng)    參考文獻(xiàn)  5  土壤中重金屬生物有效性和毒性的模型預(yù)測    5.1  土壤中重金屬的生物有效性預(yù)測  　  5.1.1  土壤中重金屬的生物有效性表征與評價(jià)　    5.1.2  土壤中重金屬生物有效性的影響因素　    5.1.3  土壤中重金屬有效態(tài)的模型預(yù)測  　  5.1.4  土壤中重金屬的植物積累預(yù)測　    5.1.5  土壤中重金屬的蚯蚓積累預(yù)測    5.2  土壤中重金屬的生物毒性預(yù)測    參考文獻(xiàn)  6  持久性有機(jī)污染物的土壤環(huán)境化學(xué)行為與農(nóng)產(chǎn)品安全    6.1  蘇南地區(qū)農(nóng)田土壤中典型持久性有機(jī)污染物殘留現(xiàn)狀  　  6.1.1  土壤中的總有機(jī)氯農(nóng)藥殘留　    6.1.2  不同土地利用類型土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的殘留特征  　    6.1.3  不同年代土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的殘留特征  　  6.1.4  三種土地利用類型土壤中六六六和滴滴涕的降解      6.2  典型持久性有機(jī)污染物在水稻土中的還原脫氯降解與產(chǎn)物的生物有效性    　6.2.1  滴滴涕在水稻土中的還原脫氯降解　    6.2.2  土壤中老化態(tài)和新鮮態(tài)滴滴涕和滴滴伊對水稻的生物有效性    6.3  典型持久性有機(jī)污染物在土壤中的老化行為及生物有效性  　  6.3.1 典型氯代持久性有機(jī)污染物在土壤中的老化規(guī)律  　    6.3.2  典型氯代持久性有機(jī)污染物在蚯蚓體內(nèi)的生物富集規(guī)律    6.4  典型持久性有機(jī)污染物在作物體內(nèi)的富集規(guī)律  　  6.4.1  菠菜葉片對持久性有機(jī)污染物的吸收規(guī)律　    6.4.2  持久性有機(jī)污染物在葉菜上的消減規(guī)律　    6.4.3  持久性有機(jī)污染物在菠菜葉片上的殘留特征　    6.4.4  持久性有機(jī)污染物在蔬菜塊根(胡蘿卜)內(nèi)的生物富集規(guī)律    6.5  結(jié)論    參考文獻(xiàn)  7  土壤復(fù)合污染特征、風(fēng)險(xiǎn)評估與生物修復(fù)    7.1  典型污染區(qū)土壤復(fù)合污染物的空間分布和源解析  　  7.1.1  土壤重金屬空間變異特征　    7.1.2  土壤重金屬空間特異值識別及其空間成因判斷　    7.1.3  土壤重金屬污染源的鉛穩(wěn)定同位素分析　    7.1.4  土壤重金屬來源的多元統(tǒng)計(jì)方法定性識別　    7.1.5  土壤有機(jī)污染物的空間變異特征及源解析    7.2　典型區(qū)重金屬復(fù)合污染土壤微生物和動物多樣性變化　    7.2.1  微生物多樣性變化  　  7.2.2  動物多樣性變化      7.3  典型污染區(qū)土壤-作物系統(tǒng)中污染物的積累與預(yù)測    　7.3.1  土壤中重金屬的固液分配經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?   7.3.2  土壤中重金屬的固液分配表面吸附模型　    7.3.3  土壤-水稻系統(tǒng)中污染物的吸收預(yù)測　    7.3.4  土壤-蔬菜系統(tǒng)中污染物的吸收預(yù)測    7.4  典型污染區(qū)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評估與空間預(yù)測  　  7.4.1 土壤重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估  　    7.4.2  基于保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康的土壤調(diào)研值制定  　  7.4.3  基于保護(hù)人體健康的土壤調(diào)研值制定    7.5  重金屬污染土壤的植物修復(fù)    　7.5.1  銅污染土壤的海州香薷修復(fù)　    7.5.2  重金屬污染土壤的螯合誘導(dǎo)植物修復(fù)　    7.5.3  鎘與鋅污染土壤的景天植物修復(fù)  　    7.5.4  重金屬污染土壤的農(nóng)藝調(diào)控修復(fù)  　  7.5.5  重金屬污染土壤的能源植物穩(wěn)定修復(fù)    7.6  持久性有機(jī)污染土壤的微生物修復(fù)    　7.6.1 細(xì)菌修復(fù)　    7.6.2  真菌修復(fù)　    7.6.3  植物-微生物聯(lián)合修復(fù)  　  7.6.4  土著微生物強(qiáng)化修復(fù)    7.7  展望    參考文獻(xiàn)下篇  8  Transporters Involved in the Uptake and Detoxification of Minerals    8.1  Transporters involved in iron acquisition and translocation    8.2  Silicon transporters      8.3  Arsenite transporters    8.4  Transporter involved in detoxification of A1    　8.4.1  A1-activated citrate transporter　    8.4.2  An ABC-transporter involved in A1 tolerance in rice    　References  9  Higll Phosphorus Efficiency of Proteoid Roots of White Lupine    9.1  Induction and development of proteoid roots of white lupin under phosphate deficiency conditions    9.2  Rhizosphere acidification by proteoid roots    9.3  Relationship between H+一pumping and citrate export by proteoid root cells    9.4  Release of phenolic substances by proteoid roots of white lupin and theirimportance for P-mobilization in rhizosphere    9.5  Release of phosphatases by proteoid roots of white lupin and their    importance for P—mobilization in rhizosphere    9.6  Perspectives for future research on proteoid roots of white lupin    References  10  Management of Nutrients and Metals in Animal Waste and Biosolids     10.1  Benefits of manure and biosolids    　10.1.1  Source of nutrients　    10.1.2  Improvement of organic matter　    10.1.3  Maintenance of soil pH  　    10.1.4  Improvement of soil physical properties　    10.1.5  Crop yield response    10.2  Potential problems associated with land application of manures and biosolids  　  10.2.1  Evidence of phosphorus buildup in soils　    10.2.2  Elevated concentrations of metals    10.3  Management of manures and biosolids  　  10.3.1  Management approaches to reduce soil nutrient levels　    10.3.2  Management approaches to reduce offsite transport of soil nutrients　    10.3.3  Management approaches to avoid over-application of soil nutrients    10.4  Summary    References  11  Colloid Characteristics, Deposition, Release and Association with Heavy Metalsin Soils    11.1  The DLVO theory    11.2  The characteristics of colloids  　  11.2.1  Charge development　    11.2.2  Hydration　    11.2.3  Size development of mobile colloids    11.3  The characteristics of porous media    11.4  Deposition of colloids　    11.4.1  Theoretical background in well-defined porous media  　  11.4.2  Colloid deposition in soils    11.5  Colloid release in soil    　11.5.1  Processes of colloid release　    11.5.2  Mobile colloids and water-dispersible clay  　  11.5.3  Influences of exchangeable sodium percentage (ESP) on stability of wate dispersible clay and mobilization of soil colloids　    11.5.4  Ion transfer processes during colloid release    11.6  Association of colloids with heavy metals    　11.6.1  Adsorption of heavy metals to surface hydroxyl of colloids  　  11.6.2  Effects of heavy metal adsorption on surface charge of soil colloids　    11.6.3  Partitioning of heavy metals in soil colloids    11.7  Concluding remarks    References  12  An Intergrated Approach to Study Biogeochemical Cycles for Linking Global Climate Change to Local Long-term Forest Productivity　　12.1  Global climate change and forest management    12.2  Rhizosphere study techniques    12.3  Microbiological methods    12.4  Biomolecular techniques    12.5  Stable isotope and NMR techniques    12.6  Tree ring technique　　References

章節(jié)摘錄

　　上篇　　1　緒論　　土壤是有層次發(fā)育、結(jié)構(gòu)支撐、水分、養(yǎng)分和生命體的地球疏松表層，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料、生態(tài)系統(tǒng)的組成部分和人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。地球表層的土壤是與巖石、水分、空氣、生物緊密相連的時(shí)空連續(xù)體和生物環(huán)境系統(tǒng)，起著物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)換的中心樞紐作用。顯然，土壤內(nèi)部環(huán)境的物質(zhì)與能量變化關(guān)系著土壤外部的水、氣、生物[動、植物(農(nóng)產(chǎn)品)和人]環(huán)境安全和人體健康，而這些外部環(huán)境因素變化同樣影響著土體內(nèi)部的環(huán)境質(zhì)量與功能，這種相互關(guān)系在方式和程度上具有時(shí)間和空間上的多樣化和分異性特征。因而，現(xiàn)代土壤科學(xué)不僅需要研究土壤發(fā)生發(fā)育、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，而且需要研究土壤內(nèi)、外部及其界面環(huán)境的物質(zhì)相互作用、循環(huán)、效應(yīng)及其調(diào)控途徑；不僅要服務(wù)于保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與糧食安全，而且要在生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)和全球變化認(rèn)知方面做出貢獻(xiàn)?！　‰S著經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)快速發(fā)展，我國大范圍的土壤，在其肥力障礙尚未得到有效排除和生態(tài)破壞尚未得到有效控制的同時(shí)，又成為大量多種多樣的毒害污染物和固體廢棄物的收容所和接納地，土壤環(huán)境的功能障礙、質(zhì)量退化與生態(tài)安全問題越來越突出。當(dāng)今的土壤質(zhì)量問題不僅是土壤養(yǎng)分貧瘠與過剩、土壤酸化與鋁毒、土壤鹽堿化與次生鹽漬化、土壤板結(jié)與通透性不暢等肥力障礙問題，而且表現(xiàn)出微量有毒金屬、農(nóng)藥、持久性有機(jī)污染物的單一、復(fù)合、混合污染與生態(tài)功能退化問題，以及肥力障礙、污染退化與溫室氣體排放疊合共存的綜合問題。土壤質(zhì)量影響土壤生產(chǎn)功能、環(huán)境功能和生態(tài)功能的發(fā)揮，從而影響糧食生產(chǎn)、食物質(zhì)量、生態(tài)安全和人體健康，事關(guān)農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易、旅游、投資、社會穩(wěn)定以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。本章主要結(jié)合中國科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國際合作伙伴計(jì)劃研究項(xiàng)目進(jìn)展，分析土壤環(huán)境系統(tǒng)及其存在問題、研究態(tài)勢，展望土壤環(huán)境與生態(tài)安全的科學(xué)、技術(shù)和管理研究與發(fā)展方向。

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