目录
2015年第4期(发布时间: Apr 29, 2015 发布者:金慧敏)  下载: 2015年第4期.doc       全选  导出
1   2015-04-09 09:34:53.95 中国的可持续农业 (点击量:5)

中国是当今世界上最大的粮食生产国,也是最大的消费国。中国的农业对全球影响巨大。尽管中国进口越来越多的谷物,包括大豆和其他农产品,中国同时也是新鲜果蔬和加工食品的主要输出国。在中国,这种食物生产和消费的转变以及对国内和国际的影响受到我们的关注。2015年3月20日,国际环境发展研究所(IIED)和中国农业大学(CAU)联合主持了研讨会,其主题是:可持续农业的发展与合作。研讨会汇集了从业者、研究人员和政府官员,分享了IIED和CAU的8个相关可持续农业的试验,相关的研究结果将整理成册,在今年8月发布。

当前的中国农业面临一些主要的挑战。中国是施用化肥和农药最多的国家之一。土壤侵蚀、土壤污染、水分缺乏,以及存在大面积的农业生物多样性的损失区域。因此中国采用很多可持续的生产方式,其效益包括环境和公共健康的改善,特别是减少温室气体的排放。中国的农耕历史有4000多年,绝大多数时间里没有施用化肥和农药。传统的生产措施包括用豆科作物进行固氮、作物轮作和间混作、梯田、利用品种多样性等。人类、动物和作物的废弃物被系统的回收来保持土壤肥力。

无损耗的农业

在美国农学家F.H. King著作的《四十个世纪农民》的书中阐述了许多传统中国农业措施成功的案例。保持4000年土壤肥力不变的关键措施是“农业无损耗”,且没有用额外的投入。其农业特征在高密度人口和有限土地的情况下,采用小规模集约化农业来获得最大化土地生产力。但这种传统农业模式在最近几十年出现了负面环境结果。需要为生产者和消费者提供正确的导向,来强化可持续粮食生产的市场。

区域案例剖析

这8个案例选自中国的7个区域,其中一个特征是分享收获,是由两名博士研究人员从北京市发起的,没有农业背景。在大规模农民从从村到城市寻求工作机会的背景下,共享收获代表了城市知识分子接管农业的一个逆转趋势,引起了媒体的关注。尽管共享收获采用有机农业模式,但他们没有官方认证。少量农民采用可持续的耕作方式,认证过程的花费太高,农户无力承担,是一个大问题。

江西省万载县是中国大规模有机农业的成功的一个案例。万载县的有机农业试验开始于1999年,当时通过人们代表大会投票,转换农业为有机生产,禁止施用所有的农业化学产品。政府牵头,培训农民,推广新技术,开拓市场。2014年底,万载县共有5400公顷耕地获得了有机认证,包括水稻、大姜、大豆、草莓、青葱、山药和其他经济作物,供应国内市场,并出口国外。今天,有机农业是万载县的主要发展战略,有17000户农民参与。

来自围城的挑战

共享收获和万载县都可以说可持续农业的成功案例,但也面临着很多问题。一个问题是中央是否愿意推广有可能减产的农业措施,即使它们能够带来环境效益、提高农民收入。食品安全是国家关注的首要问题。其他的问题包括农村劳动力短缺、部分企业的环境意识差。事实上,采取可持续农业措施,农民不一定真正受益。

2   2015-04-28 14:09:47.193 全球地表水杀虫剂污染大幅高于预期 (点击量:7)

德国科布伦茨-兰道大学环境学研究所进行了一项研究,使用了官方授权程序中定义的依法接受监管门槛水平值(RTLs),首次全面评价了全球农业地表水环境杀虫剂污染数据。

结果是惊人的:检测后超过40%水相样品杀虫剂浓度超过各自的RTLs。而沉积物的曝露中(即地表水体底部的矿床),超过80%的样品杀虫剂浓度超过RTLs,然而这是从没有结合监管的角度来分析的。总的来说,这项研究的结果表明,杀虫剂对全球农业地表水生物多样性威胁较大,目前的监管风险评估方案和农药的授权程序未能保护水环境。

这项研究的结果基本上挑战了当前的常规杀虫剂风险评估程序,并且表明了全球水平上淡水生物多样性的威胁。“这些研究结果的可能原因是当前风险评估程序的无效性或农民不依从于当前杀虫剂的应用处方”,本项研究者之一Ralf Schulz说。目前地球面临来自为不断增长的人口提供足够食物和扭转农业农药的全球不利影响如地表水生态的双重挑战。从根本上改革全球传统农业系统和采用有机农业的方法是满足这种双重挑战的可能方法。

由监管机构强制授权之前进行的农药环境风险评估,通常经过了深入阐述。这些风险评估程序应确保农药的应用不会导致对水生和陆地生态系统和人类健康产生不可接受的负面影响。在一个给定的农药的授权程序过程中,特定的浓度水平(即,RTL)被认为它在生态效应上是可以接受的,例如,预计对地表水的生态完整性和水生生物不会发生不可接受影响。在对农药授权并使用后,农民必须坚持具体的应用方剂,如在其20米喷雾缓冲区旁边没有地表水体。这些方剂应保证现场使用不超过RTLs。在本质上,美国或欧盟的农药登记可以认为是全部风险评估均得到满足,并假设农民坚持各自应用方剂。然而,必须指出这些具前瞻性的农药授权程序对RTLs定义并不代表官方的水质标准,因为其监管风险评估是基于这样的假设:在应用综合风险评估方案和农民应用处方的基础上,现场浓度不会超过RTL。

科布伦茨大学研究人员进行的Meta分析考虑了28种杀虫剂化合物,其中大部分目前在欧盟和美国拥有授权,检测了73个国家2500个以上地表水样点的11300个杀虫剂浓度样本,分别报送1962年至2012年间的838位科研同行评审。总体而言,在全球水体中共检测了8166个杀虫剂浓度,在水体沉积物中检测了3134个。然而,在11300个杀虫剂浓度中,超过52%的样本浓度(5915例,超过地表水网站分析的68.5%)超过了RTL,部分地区超出RTL10000倍甚至更多。根据作者的观点,这些研究结果表明了实质性的威胁,全球地表水农药浓度即相当于RTL(即,那些被认为是从监管的角度来看还是可以接受的)已经导致减少了30%的淡水生物多样性。

来自科布伦茨大学的他们在研究中列出了为什么现场实际情况可能更糟糕的几个原因:第一,只能检索到全球农业地表水10%杀虫剂污染数据,这表明在世界很多地区没有杀虫剂污染地表水的科学知识,特别是涉及俄罗斯或美国南部的大部分地区。此外,地表水的杀虫剂浓度也很难检测出来,因为他们会很简单地出现在高度污染的地表水中,例如只在一年中出现几天。然而,由于杀虫剂对水生生物的毒性高,这些短期的峰值浓度,每年在农业地表水中反复出现,对水生群落产生了大量和长期的不利影响。此外,对80%以上的样品进行了多种杀虫剂化合物分析,检测到不止一种,在某些情况下甚至达到30种杀虫剂。虽然这些杀虫剂混合可能产生的不利影响大大高于单一化合物,然而,它们却未被风险评估监管程序考虑。一般情况下,水生生物对地表水杀虫剂浓度高度敏感,即使其浓度远低于基准水平如饮用水。然而,如上所述,只有很少的杀虫剂化合物具有法律约束力的环境质量标准。

刚刚发表在美国国家科学院院刊的这项研究,也评价了是否新杀虫剂化合物风险低于老的杀虫剂化合物。然而,事实却恰相反:越来越多使用的新杀虫剂如拟除虫菊酯,超过监管门槛水平多达66%,而老的杀虫剂或由于其他环境问题目前被禁止或不经常使用的有机氯农药化合物,只超过RTL24%。作者认为,随着新杀虫剂发展级别的提高,地表水环境风险明显急剧升高。此外,杀虫剂对水生生态系统的风险非常高,是不可接受的,即使在上世纪九十年代初已强制执行主要农药法规高度管制的国家如欧盟和美国也是如此。此外,深入的分析表明,对杀虫剂不管制的国家(例如在非洲或亚洲,国家)有42%的杀虫剂样本浓度超过RTL;令人惊讶的是,在高度管制的国家如美国,欧盟,加拿大,日本和澳大利亚,这一数字仅略低一点(即,40%超过RTL)。

3   2015-04-10 10:37:53.61 气候变化,植物根系可能会加速土壤碳损失 (点击量:5)

俄勒冈州立大学土壤科学家认为:土壤,长久以来都被认为是古代碳的半永久储库,正在以超乎想象的速度向大气中释放二氧化碳。

在本周发表在《Nature Climate Change》杂志在线版上的一项新研究中,研究人员表明,植物根系所释放的化学物质作用于与土壤矿物质相结合的碳,并通过微生物分解打破了这种结合,使受保护的碳暴露出来。

这项研究的合作者俄勒冈州立大学农业科学院土壤科学家马库斯•克莱伯说:“随后碳转化成二氧化碳释放到大气中。”他表示该研究挑战了主流观点,即碳与土壤矿物质相结合并在土壤中保存数千年。他说:“由于这些根部化合物从其保护的矿物相中分解出碳。我们可能会看到更多碳从土壤储藏中释放。”

而且气候变暖可能正在加速这一过程,他说。因为温暖的天气和空气中更多的二氧化碳刺激了植物生长,它们产生更多的根化合物。这将有可能释放出更多的储存碳,它们将转化为更多的二氧化碳进入大气——这可能反过来加速气候变暖。

“我们主要关注的是这一重要机制,但目前我们还未在全球碳循环模型中考虑它”克莱伯说。二氧化碳是当前地球大气层变暖的主要驱动力。由于没有考虑到土壤碳分解加速,研究表明,目前的气候变化模型可能低估了每年高达1%的从土壤中流失的碳。

“在全球范围内,土壤碳储存超过植被碳储存,甚至超过大气中的碳。”克莱伯说。“由于这个碳储存库是如此之大,即使微小的变化都会对大气中的碳浓度产生严重影响,进而对气候产生影响。”

百分之一可能听起来不算多,他补充说。“, 但想象一下:如果你在银行有存款,你每年失去1%,仅过50年以后你将会只剩下三分之二的原始存款。”

60%至80%的有机质进入土壤会在第一年内进行一系列的分解最后转化为二氧化碳,克莱伯说,大部分剩余的碳通过各种物理和化学作用结合到土壤矿物质中。当遇到这种情况,碳是受保护的,因为微生物不能将它分解。

在过去几十年来,科学家们一直认为这些碳矿与持久的土壤碳的“汇”有关,并且这些土壤碳一直游离于大气之外,并以稳定的存储形式了许多世纪。但是从一开始就有一个让很多人感到不安的问题,如果碳进入土壤而且一直呆在那里,那么我们为什么没有淹没在碳中?是不是有些过程使得它回到循环中?过去这部分研究不明了,但一直在寻找答案。

研究人员为常见的“根系分泌物”测试了三种模型化合物——化学物质一般通过植物根系分泌——去了解每一个是如何强烈刺激微生物来使得有机物质分解的。

在实验室中,他们使用注射器和泵,将草酸,乙酸和葡萄糖施加到分别从干旱气候农业区域、气候湿润森林和俄勒冈州3个地区选取的土壤中。他们通过35天的实验去模拟春季根系生长。

克莱伯说占主导地位的推测是预测饥饿的微生物会对有营养的葡萄糖产生最强烈的反应,这将给他们能量来解决剩下的有机物质,包括碳。

“在一定程度上,这是有可能发生的事情。”他说。 “但我们大吃一惊的是,微生物对能量贫乏的草酸比能量丰富的葡萄糖产生了更强烈的反应。”

当他们分析了储存在经草酸酸处理过的土壤中的水时, 研究人员发现与它处理前相比多了8倍的溶解碳。其他实验室的检验证实了这一发现——酸打破了碳矿物间的结合。

“这项研究的意义在于,”克莱伯说,“我们首次证明了长久储存的土壤碳循环回到系统中的机制。

草酸可以作为一整套在根区种植的植物根所分泌的化合物的优秀替代物,克莱伯说。“根分泌的几种化合物类似于草酸。我们可以假定许多根渗出液以类似的方式发生作用。”

更多详情可以查阅期刊论文:Mineral protection of soil carbon counteracted by root exudates. Nature Climate Change, 2015; DOI: 10.1038/nclimate2580

4   2015-04-27 15:14:06.9 美国国家海洋和大气管理局及联邦合作机构为淡水有毒水华设计早期预警系统 (点击量:5)

美国国家海洋(NOAA)和大气管理局联合美国航天局、美国环保署、美国地质调查局,将用于探查海洋生物的卫星数据转化为保护美国公众免受淡水水华污染的信息。

这一360万美元的多部门合作致力于通过能扫描地表并收集淡水水体彩色数据的卫星对有毒和有害的水华进行早期预警。通过这一信息,国家和地方政府部门能给公众提供健康建议。此外,这一项目将有助于理解美国浮游植物水华蓝藻的环境成因和健康影响。

水华蓝藻是全球性环境问题。在一定的环境条件下,水华迅速成倍地自然生长并出现在海洋和淡水中,产生有毒水华,对人体和动物健康产生风险。蓝藻受到特别关注是因为他产生可以杀死野生动物和家畜的毒素,并通过暴露于污染的淡水和消费受污染的饮用水、鱼类和贝类引发疾病。

“观察有害藻类对于理解、管理和预测这些水华是非常关键的。”Holly Bamford,博士说。他是负责养护和管理的商务部长助理兼美国国家海洋和大气管理局副局长。“这一合作将保证国家海洋和大气管理局努力辅助沿海和内陆公众卫生官员和管理者跨越地区界限,通过易于理解的方式将这些信息传播给社区,使他们对环境事件的反应更具弹性”

每年由于有毒水华造成的淡水恶化损失预计达到6400万美元,除此之外还有饮用水处理费和娱乐用水的损失和海滨房地产价值下降。2014年8月,在伊利湖被水华污染后,托莱多、俄亥俄州的地方官员禁止它作为400000多居民的饮用水使用。

“美国环保署研究人员正在针对实时水质问题和保护居民饮用水进行重要的科学工具开发,以帮助当地社区做出快速有效 的响应”,美国环保署署长Gina McCarthy说。“由于气候的变化,赤潮已越来越多地影响我们水体。与其它联邦机构合作,我们正在利用我们的科学知识、技术和数据来创建一个移动应用程序,从而有助于水质管理人员做出重要决定,以减少与害赤潮相关的负面影响。”

“有害赤潮已经成为一个重要的公共卫生问题和经济问题,需要广泛的科学调查。” 国地质调查局局长Suzette Kimball说。“地质调查局利用会聚线的证据,从地面到空间来评估水体数量和质量、生态系统、自然灾害和国家重要环境、健康问题的变化” 。

新的网络将建立在以前的NASA海洋卫星传感器技术基础上,该技术用以研究在海洋生态、二氧化碳在大气和海洋之间运移、全球气候变化中起主要作用的海洋藻类群落。这些传感器检测到的海洋上层阳光的颜色,并创建有助于识别有害藻类水华的指标。

“空间视点不仅有助于更好地理解我们的星球,更有助于改善世界人民的生活”,美国宇航局局长Charles Bolden说。“我们很高兴能把美国宇航局在空间和科学探索工作方面的专业知识用于保护公共健康和安全。”

NOAA和NASA已经率先使用了卫星数据监测和预报赤潮。相比水体取样的方法,卫星数据可以更频繁地观察到更广的区域。数据也支持NOAA在墨西哥湾和五大湖区现存的有害藻类预报系统。

“太空仪器观测是解决这类危害公众健康问题一个理想的方法,因为他们具有全球覆盖和详细提供水中物质信息的能力,包括藻类水华”,NASA地球科学部的Paula Bontempi补充说。

项目前五年的第一步是使用海洋水色卫星数据,为美国淡水湖和水库创立一个识别蓝藻水华可靠、标准的方法。几个卫星数据集将用于评估和测试这些水体环境数据。

目前科学家可以使用海洋水色卫星数据,但不是常规加工和生产的、可满足国家和当地的环境和水质管理的格式。本项目将通过四个合作方开发的卫星数据中的蓝藻水华数据转化为公众可以通过移动设备和门户网站使用的格式。

该项目还包括在美国全境进一步理解浮游植物水华蓝藻的环境成因、健康影响的研究内容。湖泊、河口的水生植物由于接收流域径流过多养分以及温度、光照等环境条件导致产生水华,一些土地利用例如城市化、现代化的农业生产,改变了养分量和流域产沙量,从而影响蓝藻生长。

研究人员将比较时间尺度上最新的淡水水华卫星数据与卫星记录土地覆盖的变化,观察土地利用活动可能造成的环境变化中与水华的频率和强度。研究结果将有助于更好地预测水华事件。

5   2015-04-29 10:57:02.693 降低污染,增加食品产量 (点击量:4)

现在氮肥比以往任何时候都可以养活世界上更多的人,然而它同样给环境带来了伤害。马里兰大学环境科学中心主任埃里克•戴维森教授一直在带领一群科学家,经济学家,社会科学家和农业专家一起研究如何降低污染的同时产生更多的食物。他称之为“Mo Fo Lo Po”:降低污染,增加食品产量。

戴维森教授的研究工作重点主要是人类对土地使用的变换如何影响在土壤、水和空气中的碳和氮。主要目标是生产丰富,营养和可负担起的食物,并且提供农民谋生的机会,但是实现这一切的前提是对环境造成的污染最小化。

全球平均大约一半的施用于农场的氮肥与作物一起消除,而另一半仍遗留在土壤中或从农民的田地里遗失。现在使农业更高效同时可持续发展的知识和技术已经存在,但是许多经济和社会壁垒仍然阻碍着农民采用广泛的实践方式。在国家科学基金会资助下,戴维森汇集了一群科学家,经济学家、行业代表、农民和政府和非政府组织成员在2013年谈论为什么没有取得提高氮肥在农业中施用效率的更多进步。不到两年后,该集团已收集了很多的论文刊登在本月出版的《环境质量》杂志。14篇论文创作提供了许多技术,在作物和动物生产系统中提高氮肥利用率(NUE)的分析。阅读更多在“More Food, Low Pollution (MoFoLo Po): A Grand Challenge for the 21st Century”在最新一期的《Environmental Quality》。