目录
2015年第3期(发布时间: Mar 26, 2015 发布者:金慧敏)  下载: 2015年第3期.doc       全选  导出
1   2015-03-26 15:33:05.003 土地利用悄然成为全球变暖的一大因素 (点击量:4)

面对世界日益恶化的环境,不要单纯指责燃烧化石燃料。根据康耐尔环境科学家最近发表在《大气化学和物理学》刊物的文章(12月3日),土地利用和土地覆盖变化贡献了辐射强迫的40%,这是一个全球变暖关键的潜在因素。

辐射强迫衡量了太阳能量增暖和行星辐射能量致冷地球间平衡的变化。辐射强迫可以用来预测地球表面温度的变化。通常认为化石燃料的燃烧对变暖起80%的作用,但现在发现只起60%的作用。

“土地资源压力是必定增加的,因为全球人口持续增加,世界变的更富足,极大增加了粮食需求。我们需要更多的全球能源政策以外的东西。我们还需要土地政策,使未来辐射强迫增量和相关的气候变化最小化。” 康耐尔地球和大气科学博士后研究人员Dan Ward如是说。他提及“鼓励转向使用传统的生物燃料政策可能促使砍伐森林,如果设计不正确,可能对气候是不利的。”

新的研究表明,从农业和采伐森林到购物中心和城市扩张的土地资源压力和土地覆盖,贡献了全部辐射强迫的40%。释放一吨二氧化碳,化石燃料燃烧产生的总辐射压迫是土地利用产生的一半。地球大气科学教授兼康奈尔阿特金森可持续发展中心研究员合著者Natalie Mahowald说。

Mahowald 解释,来自土地利用的较大辐射强迫产生了其它的温室气体,比如甲烷和氮氧化物,并且减少了自然土地上二氧化碳的未来汇(一种天然库)。与之相反,化石燃料排放量通常与气溶胶相相联系,散射了太阳辐射,从而易于给气候降温。通过气候影响模型分析,科学家们说,继续砍伐地球温带和热带气候区森林将导致的下个世纪的气候变暖达到历史性水平。

Ward博士后表示,在热带地区的森林砍伐持续活动的今天,来自土地利用的全球强迫有增加三倍的风险。在可能的情况下,2100年强迫将大幅度超当今化石燃料的燃烧的强迫。

2   2015-03-18 14:51:44.827 大型研究报告警告:中国农村处于生态不可持续性衰退 (点击量:10)

根据南安普敦大学地理学者的一项新研究,中国东部地区的农业发展表现为生态不可持续性,需要采取行动扭转这一趋势。

这项研究由英国政府通过生态扶贫研究项目资助,使用复合系统科学,研究主要围绕南京和上海的长江中下游流域长期生态系统健康。南安普敦大学约翰迪林教授领导一个研究小组发现这一区域环境在经过在上世纪70年代末的高峰期后,一直在下降

约翰迪林教授说:“通过一系列数据的结合,我们已经能获取区域经济、环境和社会健康的概况,理解这些因子如何共同发生作用以及对未来的启示是什么。”他们的研究可能第一次使用复合系统科学概念和技术揭示了一个主要农业区长期稳定性方面的变化。

邓迪大学、南京地理与湖泊研究所和华东师范大学也参加了本项研究,研究发现:这一地区上世纪70年代早期相对稳定的农业生态系统,随着中国改革允许农民种植多种作物并施用化肥和农药,在70年代末达到峰值。

经济发展在农业生产率收益和环境持续退化间形成了一个交易,这伴随着生态系统服务损失,如优质水和稳定土壤的损失。

目前的经济和环境条件间的关系是不可持续的,并且在持续恶化。如何在恶化的生态条件对农业和依靠他们为生计的人群发生作用之前对其进行恢复还不明确。

研究小组集中研究了长江中下游的四个县:黄梅、舒城、吴江和崇明。他们研究了上世纪50年代到现在的数据,这包括了来自湖床的核心采样以便进行微化石、地球化学、矿物的磁性和沉积物堆积速率分析。这些不同分析将指出过去环境健康的线索,例如植物种多样性或空气质量测量。此外,研究人员还研究了官方统计记录和气候的模型,模拟了土地利用、人口和GDP的趋势。

约翰迪林教授评价说:通过把这些信息集中在一起,我们已经能追寻60年以上的自然条件和生态资本。更特别的是,在过去的30年中,现代化的农业技术已帮助许多中国农村社区脱贫,但机械化和化肥导致土壤退化、水质下降。现在还不清楚增加农业生产率和环境健康下降之间的差距是否还可以找到再平衡点。

本研究的作者希望他们的发现能告知和引导地区管理者,优先考虑他们最为紧迫的环境问题并制定对应策略。

3   2015-03-10 14:23:46.453 Science Advances:确保环境可持续能力,应对中国食品安全的挑战 (点击量:3)

中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室研究员吕永龙(第一作者,通讯作者)联合国内外学者,于2月20日在Science 新刊物Science Advances 第一期上发表了题为Addressing China’s grand challenge of achieving food security while ensuring environmental sustainability(《确保环境可持续能力,应对中国食品安全的挑战》)的论文。该文系统分析了我国实现粮食安全同时确保环境可持续发展面临的挑战,并提出了应对挑战的科学与环境政策建议。

中国的快速城市化和GDP持续增长推动了粮食需求增加和饮食结构改变,须与农业生产力提高和自然资源可持续利用相适应。鉴于粮食安全涉及经济发展和社会稳定等方面,全球化背景下的粮食安全问题受到了国家高度重视并列入重要议程。目前,影响我国粮食产量增加的驱动因子(如:耕地面积、土壤质量、水资源短缺和污染、气候变化、依赖化肥和杀虫剂等)已经显著影响环境质量,同样,生态系统恶化将有可能危及粮食安全。文章讨论了我国如何保证粮食产量及质量并且确保生态环境可持续发展面临的巨大挑战。在应对这些挑战时,粮食生产应被考虑成为环境系统(土壤、空气、水和生物多样性等)的一部分,而不应当孤立考虑;文章提出了科学研究和综合环境政策建议,以确保未来的粮食安全,如以科学为基础的“生态红线”、环境政策和农业政策综合协调、可持续的粮食供应和食品安全政策、管理结构调整以保证粮食安全和生态保护协调和决策的一致性等;同时提出了环境可持续能力和粮食安全的综合研究计划等。

原文摘要:

China’s increasingly urbanized and wealthy population is driving a growing and changing demand for food, which might not be met without significant increase in agricultural productivity and sustainable use of natural resources. Given the past relationship between lack of access to affordable food and political instability, food security has to be given a high priority on national political agendas in the context of globalization. The drive for increased food production has had a significant impact on the environment, and the deterioration in ecosystem quality due to historic and current levels of pollution will potentially compromise the food production system in China. We discuss the grand challenges of not only producing more food but also producing it sustainably and without environmental degradation. In addressing these challenges, food production should be considered as part of an environmental system (soil, air, water, and biodiversity) and not independent from it. It is imperative that new ways of meeting the demand for food are developed while safeguarding the natural resources upon which food production is based. We present a holistic approach to both science and policy to ensure future food security while embracing the ambition of achieving environmental sustainability in China. It is a unique opportunity for China to be a role model as a new global player, especially for other emerging economies.

4   2015-03-26 08:45:17.157 生物电池:污水污泥转化为电和机油 (点击量:2)

伴随着生物电池的模块化概念,产自食品工业、稻草或动物排泄物的污水污泥、绿色垃圾、生产废渣等更大范围的生物量可用于能源再生。研究人员表示,采用这种工艺它们可以将有机残留物转化为电能、热能、净化天然气、机油和的高品质的生物炭。

沼气厂是分散能源供应的重要组成部分。他们所生产的电力来自可再生资源,可以弥补高度波动的风能和太阳能。目前在德国已经有8000家沼气厂生产出3.75千兆瓦总的电输出,即相当于大约三个核电站。然而,这些工程也有缺陷:它们只能处理一个有限范围的有机物,并且需要与粮食作物种植产生竞争。

生产电力、石油、天然气和生物炭

现在从弗劳恩霍夫环境能源与安全技术研究中心(UMSICHT)科学家们已经成功地大幅度提高了沼气发电厂的效率。由他们开发的生物电池方法不仅提供电力和热能,而且提供高品质的产品,例如天然气、油和植物炭黑色素等,并可以根据需求开发利用,例如,产生电力作为海洋或航空燃料、作为混合燃料或作为肥料。如果进一步加工,他们甚至可以提供化学工业的基本原料。

该生物电池是模块化设计,包括一系列的环保技术,如沼气厂、蓄热器、汽化器和产生电力的发动机。概念的核心是热催化重整(TCR®)。通过此技术专家把碳转化为有机原料,例如通过沼气厂和生物乙醇产生的发酵残留物,工业生物质的废料,污泥,稻草,废木材或动物粪便。最后生产出:石油、天然气和生物质焦炭。 “生物电池的独特优势是,我们可以直接利用这些原材料,从而节省了这些材料以前必须进行处理的巨大处置费。”MSICHT主任霍农安德烈亚斯教授解释说。

试验厂处理生物残留

研究人员正在证明试验厂可以每小时利用30kg发酵残留物。原料首先通过一个无氧水闸变成一个连续旋转的螺旋。材料被加热并分解成生物炭和挥发性气体。该蒸气被再加热,然后再次冷却。在这个过程中它凝结成含有生物油和水的液体。研究人员分离出高品质油可以再利用,所得气体会被提纯和收集。

液体,气体和固体产物可通过各种方式再次被利用。如同天然气可以发电和产生热能,油既可以加工成海洋和航空燃料或在热电联产电厂中使用,。在水分离过程中含有大量的短链生物降解碳化合物。它可以被反馈到沼气工程增加甲烷产量。该生物炭是理想的土壤改良剂。

生物电池是否可以有效地工作?

“通过一个强大的、持续的工艺,该工厂中将超过75%的能源效率转化为高质量的能源。如果使用移动潜热蓄电池,转化效率还可以提高更多,”霍农解释说。该生物电池的一个特别优势是该系统可逐渐扩大。“这对于运营商的融资来说非常有兴趣。我们的盈利能力分析证明,不需要在一开始就进行高投资。”UMSICHT的衍生产品——GmbH技术已经与德国以及外国大型试验工厂的合作中实现了生物电池概念。

5   2015-03-18 15:52:44.84 长期使用氮肥破坏植物与微生物的共生关系 (点击量:4)

根据有关研究人员的最新报告,当受氮肥影响几年时间后,固氮菌即根瘤菌朝着越来越不利于豆类方向演变—而豆类恰是他们应当服务的对象。

发表于《进化》刊物这一发现可能引不起农民什么兴趣。因为他们通常只种植一种作物并且总是施用更多化肥来促进植物生长。但是在与化肥流失农田相连接的的自然区域,或者在化石燃料燃烧产生氮氧化物的地方,土壤中根瘤菌质量变化可能已经产生“深远的生态和环境后果”,研究人员写道。

“我们施于农田的氮并不呆在那些田地里,发电厂产生的大气氮沉降也并非不动。” 伊利诺伊大学植物生物学教授凯蒂希思说,他与密歇根州立大学珍妮佛主持这一研究。“所以这项工作不仅仅是关于一块施过肥的大豆田,世界范围内,氮循环是闭合的。我们已经基本上改变了这一循环。”

然而就在此前,在工业化肥发明和化石燃料广泛使用之前,土壤氮是稀缺商品。有些植物,豆科植物,找到了从根瘤菌方式来获得他们所需要的宝贵氮。

“根瘤菌固氮——把我们呼入呼出的大气中的氮变成植物可利用的形式。”希思说,“植物不能直接从大气中吸收氮,必须以硝酸盐或铵的形式来吸收”

作为回报,豆科植物在根部为根瘤菌提供庇护并供应碳。这种伙伴关系使细菌受益,并让豆类植物在含氮低的土壤中表现出优势。以前的研究已经表明,氮肥可以影响自然区域的物种多样性,希思说。以受化肥流失影响污染区为例,豆类退化而其他植物变得越来越普遍。

在一个新的研究中,希思和他的同事观察了密歇根州立大学的凯洛格生物站6个长期生态研究田,六个不同田地,每个田地设2个实验地。每个田地中的一个实验地为已经施氮肥超过二十年,另外一个实验地作为控制地块,从没有施过肥。

在施过肥和未施过肥的地块,研究人员从豆科植物根瘤中分离根瘤菌。在温室试验中,他们测试了这些细菌是如何影响豆科植物的生长和健康。研究人员发现与未施肥实验地的植物相比,暴露于氮肥的根瘤菌上生长的植物减少17-30%生物量,叶绿素比显著减少,

对微生物的基因分析表明,在施肥和未施肥的实验地细菌种群的组成是相似的:同一科的各种根瘤菌在每块田地都出现了。但施肥实验地根瘤菌以一种使他们对豆科植物不那么有用的方式在演化,希思说道。

“这项研究告诉我们一些关于互利共生和它们是如何进化的情况”她说。”互利共生依赖于伙伴间的这种平衡交易,例如这种土壤中特殊的氮碳经济。当经济变化了——比如氮不再稀缺了,这种互利共生就可能消失了。

6   2015-03-26 09:04:42.79 Farmscoper使用评价: 寻找成本效益措施,减少Wensum流域农业面源污染 (点击量:3)

农业实践如传统耕作、土壤施用化肥和有机肥、牲畜高放养率和过度放牧都被认为是农业面源污染的潜在原因,并导致许多流域水质面临威胁。在农场和流域层级上管理农业污染,需要对环境和经济目标间进行权衡。然而精准地量化农业活动导致的污染损失是主要挑战。

这份报告总结评价了英国诺福克文瑟姆河流域称为Farmscope的农业决策支持工具。这是环境局和克兰菲尔德大学的一个合作硕士研究项目。

在这项研究中,ADAS Farmscoper(污染物减排的农场规模优化模型)决策支持工具(V.2.1)用于评估农业面源污染负荷(硝酸盐和沉积物)和量化文瑟姆流域农场缓解污染使用方法所需要的成本效益。该模型运用了两种土壤类型(可渗透和不可渗透),和四种作物(甜菜,冬小麦,冬油菜和春大麦)。

运用Farmscoper预测出了最有效和最经济合适的措施,用以控制源头、传输或沉积物和硝酸盐对水系的贡献。对于减沙,选用“土地管理”和“交付管理”计划,对于减少硝酸盐,选用“养分管理”和“交付管理”计划来激活该模型中相应的缓解措施。

根据有效性和成本排名,对减少硝酸盐或沉积物排名前九项的措施通过文献(尼克斯农场管理袖珍本)和农艺师采访(2个诺福克农民活动,并通过电子邮件)进行了验证。

被Farmscoper确定为排名前九位的措施是:

•降低种植系统

•利用植物提高氮肥利用率

•使用肥料推荐系统

•培育压实耕作土壤

•建立河岸缓冲带

•允许现场排水系统恶化

•建立秋季覆盖作物

•在春季而不是秋季培育作物用地

•春季套种谷物。

Farmscoper预测除了‘套种的春季谷物'成本远高于文献中公开值(注:只评估了6项缓解措施的成本),其它作物上述九项措施的Farmscoper预测成本值与发表文献中成本值差额均小于20英镑/公顷。

对Farmscoper推荐措施预测成本值与文献公开值进行污染物减排百分比比较,发现Farmscoper预测硝酸盐损失的准确性高于泥沙损失。对于所有的九项措施,文献中公开值和Farmscoper预测硝酸盐减少值之间的差异不超过23%。与此相反,两者泥沙减少百分比之差达到50%,如果考虑到没有采取“建立河岸缓冲带”和“减少种植系统'措施,其差异就更大了。这可以由流域的范围大加以解释,这些措施的有效性取决于当地的气候条件、土壤类型、植被组成。

来自农业科学家的缓解措施实施建议是要特定站点,并主要依赖农场规划、土壤类型、作物轮作、农民的农民认知和激励。还主要依靠认知和现实风险,如产量减少、病害、虫害和压实。在评价缓解措施的经济成效时,Farmscoper还不能考虑这些独特的因素。使用Farmscoper时很重要的一部分不确定性反映了特定地点的因素如土壤质地、坡度、降雨强度余量不足,和田地之间的连接性。

<注释一>

关于Farmscoper:它是一个有用的软件工具,用于农民和农学家对减缓措施的选择指导。该工具中的农场系统,可定制,是反映农耕整个英格兰和威尔士管理和环境条件的代表。该工具包含了超过100个缓解方法,其中包括许多最新Defra的缓解方法。

<注释二>

本摘要涉及硕士项目信息:

Samson Collie(2012)。在寻找成本效益的措施,以减少面源污染,在温苏姆流域评价Farmscoper的。未发表的硕士论文。克兰菲尔德大学。该硕士项目由环境局理事会资助,它提供了科学知识,工具和技术。