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2015年第7期(发布时间: Jul 29, 2015 发布者:金慧敏)  下载: 2015年第7期.doc       全选  导出
1   2015-07-29 09:54:43.07 利用覆盖作物增加土壤孔隙大小和有机质多样性 (点击量:9)

当我们步行在森林小路上,我们脚下土壤看上去没有什么不同。然而,土壤由错综复杂的网络组成,包括土壤颗粒、孔隙、矿物质、土壤微生物以及其他物质。

土壤是有生命、动态的物质,其中的微生物能够为植物提供它们生长所需食物。微生物可能是细菌或真菌,但是两者都需要“空间”(孔隙)作为它们的良好生存环境。

土壤团聚体对土壤性能影响很大,需要许多过程形成团聚体,包括干湿交替、冻融循环、蚯蚓活动、真菌作用,以及与植物根系的交互作用。无论哪种形式形成团聚体,微孔受到影响,里面的微生物也受到影响。

密歇根州立大学土壤科学家、教授Sasha Kravchenko致力于研究不同农业系统中土壤和它们的孔隙度。最近研究表明,长时期利用和管理土壤,不仅影响土壤团聚体大小和数量,而且影响孔隙中内部组成。

孔隙影响细菌移动和利用土壤资源的能力,相反,微生物具有良好环境,有助于植物吸收必需养分。

Kravchenko比较了两种农业系统,一种土壤种植作物如夏玉米,然后在作物收获后到第二年春天播种前土壤裸漏。另一种土壤一年四季种植作物。这两种系统始于1989年,至今有足够时间形成差异,并可以用现代有效工具进行测量。

另外,同一生态系统中微生物群并不相同,就象不同城市间差异。个别团聚体中,不同细菌需要的环境有差异。大多数细菌喜欢多孔、更小直径(30-90微米)的环境。其他的则喜欢较大直径孔隙(大于150微米)。这也许是因为这些尺寸的孔隙能够提供最佳环境用来进行养分、空气和水分的流通,以及他们能够获得并降解植物残留的能力所限。

这些研究突出了土壤颗粒、孔隙、微生物和植物之间交互作用的复杂性。Kravchenko团队用X射线进行断层摄影(类似于CT扫描),以保证团聚体的完整性,这样能够研究自然状态的土壤颗粒、孔隙和有机质之间交互作用。相关研究发表在了《Soil Science Society of America Journal》期刊上。

2   2015-07-29 09:56:35.593 气候中心工具库-帮助土地管理者应对气候变异 (点击量:5)

农户需要帮助他们减少气候所产生的压力同时保证生产品质的适应性对策工具。他们还需要有关气候变化对生产系统影响方面的信息。这些信息包括来自于作物生产所需劳动力资源管理信息,市场对苗圃作物的需求信息,当地农产品市场营销信息等。

在2014年年初美国农业部成立了区域气候中心(美国农业部的气候中心是一个独特的合作机构。机构支持包括农业研究服务,自然资源保护服务,国家食品和农业、森林服务,农业服务机构、风险管理机构、农村发展和气候变化项目)。该中心主要提供给农民、牧场主、林地所有者和资源管理者们科学知识、实用性信息和易用程序。为了这个目的,近日该中心高兴地宣布“气候中心工具库”发布。它是一个在线搜索数据库的工具集(数据驱动的,交互式网站和移动应用程序)。它可以协助土地管理者、土地所有者、专业人士对受气候变化影响的土地做出相应调整工作。用户可以使用关键字,用户友好性分类,或通过高级搜索功能变量组合去搜索。虽然这些工具大多数是为了适应气候变化而专门开发的,有几个应用开发是为了辅助减轻气候变化的间接影响如干旱,病虫害,森林火灾,以及极端天气。

“气候中心工具库”是一个用于管理由于气候变化而影响土地利用的优秀资源。整合一个区域的工具集可以帮助用户找到满足他们特定需求的最佳工具。该工具包括地图专业计算器,估算各种输出的模型和数据集等(例如,作物生产,温室气体通量和物种分布)。某些工具可能对土地管理者作每年决策有所帮助,有些工具则对研究人员研究农业和气候变化更加有用。

该工具集访问地址:http://climatehubs.oce.usda.gov/content/complete-list

3   2015-07-27 17:36:51.38 整合农田生物燃料与粮食作物科研之路 (点击量:4)

我们需要很多土地来提供粮食、提供生物能源,保持土地营养使它们不能污染我们水和空气。为了使土地能够完成这些高需求,美国能源部Argonne国家研究所开展了改善土地利用方案设计。 通过与伊利诺斯州中部地区印度河流域的农业社区合作,这些研究人员寻求到可以同时满足三个目标(即最大农业生产、种植生物燃料和保护环境)的方法。

它所需要的是一个多功能景观,有效分配资源,种植适合土壤和地区的作物。在商品作物难以生长地区成排种植生物能源作物,如柳树或柳枝稷,可以提供生物能源材料,同时可以减少养分流失,所有这些不会损害农民利益。这是Argonne科学家在费尔伯里玉米田中收集数据和模拟得到结果。

“我们正在努力解决的问题是如何设计可持续能源系统。”Argonne首席农学家和环境工程师克里斯蒂娜•内格罗说,“这不是理想主义,我们想展示它的可行性,如果我们有了详细方案,我们将看到真实结果。”因此,内格罗和她的团队建立了试验站,开展经济可行性、生物燃料和环境健康之家平衡研究。

面对这个挑战,需要改变观念。研究人员没有把整块土地看做一个单元,而是分析了玉米地分区。他们发现最低产量分区中土壤氮素的持有量也是最低。这些区域都是双重征税,对农民来讲这些区域是无收益的,而且破坏了环境。

内格罗对生产力不足土地的解释是:“设想一下,倾倒一些品质好、营养丰富的溶液到长满植物的肥沃土壤上。而这些养分能被土壤保持足够长时间,以利于植物吸收,并最小化泄露。现在假设把同样的溶液浇在滤器上:如果样本透过土壤太快,则对植物无效。玉米生长慢,更多溶液则淋失到地下水。”

但是在“滤器”样的土壤上种植生物能源植物,能够解决环境和经济问题,这就是内格罗课题组所展示的反硝化作用分解模拟。

柳树和柳枝稷是多年生生物能源作物,这植物比一年生植物具有更加宽广根域系统,这些根每年从头开始生长。更深层次的根可以较好地吸收深层土壤中氮素。

农业耕地损失的氮素是主要环境问题。如果氮素不能被土壤持有或者被植物吸收,氮素将进入空气或水体。它能够以一氧化氮方式释放到空气中,比二氧化碳产生的温室效应强310倍。硝酸盐渗漏到水体中耗尽氧气,对水生系统造成破坏,就像伊利湖那样。费尔伯里玉米田位于印度河流域,流淌到朱沙河,最后到达墨西哥湾,这条河多年来一直患因养分流失造成缺氧问题。

尽管科学家们在能源和环境付出了努力,研究小组意识到必须把农民经济收入作为底线。

博士后赫尔伯说:“整个农村是盈利的,但是通过收集详细数据,我们发现在一些区域农民没有收回他们成本。”农民损失金钱用来购买了昂贵氮肥来弥补农田生产力不足。

在玉米产量低地区植入成排的生物能源作物,意味着农民不会再从玉米作物上受到可观的损失。作为回报,根深蒂固的生物能源作物可以积累损失的氮肥,以作为免费肥料。

自2013年以来,Argonne的科学家在费尔伯试验区里种植了柳树,将要在下一年继续收集数据,看能否达到他们预期。“我们已经可以控制28%硝酸盐损失,这只用了两个生长季节。” Ssegane说。没有施肥,柳树生长的很好。

依照Ssegane的研究,这个项目正在证明一个观念。农民有计划种植生物能源作物能够提高生产力、节约成本,同时为科学界展示了如果选择合适地点种植生物能源作物,这个模式是可持续的。

“在这项研究工作之前,主流方案是“专用土地”,即把大面积玉米变成柳枝稷,” Ssegane说:“生物能源作物的专用地在农业区是不可能的,他们的经济收入与粮食相关。通过成本效益检测,转化生产力不足的区域为轮作区是可行的。”

在生物能源作物专区与单一经济作物种植之间,多功能景观区是令人振奋的、有效的手段。

科学家正在探索这些设计理念能够延伸到整个水域。最终,他们希望这项研究能找到科学家与农民都支持农业规划。

期刊参考文献:Herbert Ssegane, M. Cristina Negri, John Quinn, Meltem Urgun-Demirtas.Multifunctional landscapes: Site characterization and field-scale design to incorporate biomass production into an agricultural system. Biomass and Bioenergy, 2015; 80: 179

DOI:10.1016/j.biombioe.2015.04.012

4   2015-07-27 17:37:15.577 使用模块化天然锰氧化物废物修复铅污染土壤 (点击量:4)

英国纽卡斯尔大学研究人员将一种模块化天然锰氧化物(NMO)废物作为铅污染土壤的原位修复整治方案进行了评价。通过10个月的试蒸渗仪对这一方法进行了可行性试验,使用占比10%的典型天然锰氧化物对已经受到铅污染土壤进行了整修。发现模块化的NMO对Pb有极大的吸附容量(最大吸收量346±14mg/g)。然而,由于土壤中铅污染物的非均质性(3650.54-9299.79mg/kg),无法通过地球化学方法检测到不同处理的差异。

为了克服传统的地球化学技术对污染物的异质性处理上的困难,研究人员提出了一种新方法明确地证明吸附金属的原位修复整治方法。该方法结合了两种光谱技术,即电子探针(EPMA)和X射线光电子能谱(XPS)。利用这一技术,研究人员显示了Pb固定于NMO内,这样Pb是自由的,而之前Pb依附于土壤。利用外源的锰氧化物对土壤的修复方案对微生物功能没有影响,也没有扰乱主导微生物的构成。研究结论是NMOS表现出优异的整治修复潜力。

5   2015-07-24 15:32:10.643 有机种植需要引向可持续方向 (点击量:4)

俄勒冈大学的研究人员表示,根据来自49个州的近十年数据,大型有机农业种植并没有减少温室气体排放。

据俄勒冈大学社会学系博士生朱利叶斯•麦基的报告,商业化有机种植的增长—虽然仅占总农业用地3%- -似乎有助于增加每英亩农田释放温室气体并且更加激烈。他的研究发表在《农业和人类价值》的6月刊上。

作为一个普通有机食品消费者麦基说,调查结果是显示令人不安,这一研究真正指出需求重新评估有机食品想要流通去哪里以及如何到达那里。他建议更加严格遵守以可持续发展为导向的农业实践活动,对以利润趋动走向高端、认证的有机生产增加政府监管。

“最大的问题是,当我们从传统向有机生产转变的时候,我们在做什么,环境后果怎样”麦基说。“这项研究表明有机农业产业正处于起步阶段。到目前为止,我们没有看到对温室气体有任何缓解作用。我们需要密切关注有机农业操作流程是什么并让他们成为我们想要的可持续选择方案,我们将需要更严格地遵循这些。”

本研究使用了2000至2008年度有机和传统农业的温室气体的州级数据(路易斯安那除外)。阿拉斯加没有前两年数据。麦基还收集了认为影响行业增长趋势的社会经济和农业指标数据。然后,他使用固定利率面板回归方法分析温室气体排放,这一方法允许他间接控制的不可见的变量。

麦吉认为这项研究不排除这种可能性,即大规模的有机化种植最终将减少温室气体排放,但是现在更高的排放量有可能继续下去,除非确定正确的行动方向。

有机农业早在20世纪40年就出现了,作为替代工业化的本土化方式。它具有生态化号召,对待动物更人性化,对土壤利用强度低。这种做法也被认为对减少气候变化影响更有效。

1990年,美国农业部于基于《食品、农业、保护和贸易法案》发起了有机生产的认证标准,但有机农业走向大型企业化过程中使用美国农业部推荐的方法有所减少。他们推荐的方法包括最适合当地土壤的轮作方式,有机衍生的杀虫剂和除草剂,当地生产的堆肥和粪便肥料,留残茬耕作。随着种植的增长,麦基说,它需要更多的机器完成工作。这种趋势,他指出,是专注于单一作物,而不是轮作作物,专注于有机杀虫剂和除草剂使用的增加和从其他地方输入农家肥为主要肥料。

“我们不会用技术手段解决所有这些问题”麦基说,他的博士研究探讨了可持续市场的发展和环境影响。“农业和气候变化的问题不只是通过技术解决,当然,这是它的一部分,但很多问题是食品相关的社会环境,比如超过我们需要水平的过度生产食品的想法,这是农业生产的两种形式。”

6   2015-07-29 09:29:49.71 要在降雨24小时候再收获农作物 (点击量:8)

依据最新发表在《Applied and Environmental Microbiology》报道,为了使消费者远离食源性疾病,农民应等待降雨或灌溉他们农田24小时候再进行农作物收获。

降雨或灌溉的土壤状况易于单核细胞增生李斯特菌(李氏菌)生成,被摄入人体时可以引起李氏菌病。这种病原菌依赖于新鲜农产品,需要延长收获时间以减少接触病原体风险。

康奈尔的科学家联合其他科学家正在开展提高食品安全研究,其目的是为《食品安全现代法案(Food Safety Modernization Act)》制定规则、标准和指导方针。他们正在依据科学技术帮助政府机构,如美国食品与药物管理局和私人机构,来制定策略保证食品供应安全。

博士研究生丹尼尔•威尔与康奈尔大学食品安全领域教授Martin Wiedmann,以及佛吉尼亚理工大学助理教授Laura Strawn研究发现:在纽约州菠菜地里,由于时空因素原因,增加了李斯特氏菌传染。

田块靠近水域和其他地貌特征等因素对李氏菌的发生也起到重要作用。研究人员测试了纽约区域多种多样的地块,发现降雨或灌溉后发现李氏菌的概率比正常高25倍。但是,经过24小时的干旱期,李氏菌出现概率显著下降,达到常规水平。

当前,美国食品与药物监测局已经提议,要求农民采用灌溉后“等待期”,以等待危险微生物消失。

通过运用气象数据、地理信息技术和数据,可以让农民和生产商采用系统的途径管理食品安全。韦德曼教授指出当前技术工具改善了食品安全,提高了消费者对食品生产信心。

期刊参考文献:

Daniel Weller, Martin Wiedmann, Laura Strawn. Spatial and temporal factors associated with an increased prevalence ofListeria monocytogenesin New York State spinach fields. Applied and Environmental Microbiology, 2015; AEM.01286-15 DOI:10.1128/AEM.01286-15