一、课程的性质和内容
植物学是农业院校植物生产类高职专科各专业必修的一门专业基础课。主要研究被子植物个体发育和植物界各类群系统发育的基本规律以及与规律有关的基本过程。在微观方面,它从细胞、组织和器官三个层次来剖析高等显花植物(主要是被子植物)的形态、结构和功能;在宏观方面,它从植物的基本类群和被子植物的分类两条线索来阐述植物界的发生和发展规律以及植物与人类的关系。
二、课程内容、考核要求和比例
第一章 植物细胞
1.掌握原生质、原生质体的概念
2.掌握植物细胞的基本构造、各细胞器的形态、结构和功能
3.掌握纹孔和胞间连丝、后含物、减数分裂的概念
4.理解有丝分裂、无丝分裂的概念和各期的特点
5.掌握植物细胞生长、细胞分化的概念
第二章 植物组织
1.掌握组织、分生组织的概念
2.掌握细胞特点和分类、成熟组织的概念和分类
3.理解各类成熟组织的位置、形态、结构与功能
4.掌握维管组织、维管束和维管植物概念
第三章 根
1.掌握器官和营养器官的概念
2. 掌握根的初生生长和初生结构的概念
3. 掌握中柱鞘细胞的特点和功能
4. 掌握初生木质部外始式的发育方式
5. 掌握初生木质部与初生韧皮部的排列方式
6.掌握根的次生生长和次生结构的概念
7.掌握维管形成层的发生和活动过程
8.了解内皮层的结构特点
9.掌握根瘤的概念、形成过程及作用、菌根的概念、类型及功能
第四章 茎
1.掌握顶芽、侧芽和腋芽、茎初生生长和初生结构的概念
2.掌握茎表皮、茎皮层的结构特点
3.掌握无限外韧维管束的概念
4.理解初生木质部外始式的发育方式
5.掌握髓射线、年轮和假年轮的概念
6.掌握春材和秋材或早材和晚材、边材和心材、外树皮和广义树皮的概念
第五章 叶
1.掌握表皮的结构
2. 掌握栅栏组织和海绵组织的结构特点
第六章
1.了解一些常见的食用变态根、、变态茎、变态叶
2.了解同功器官和同源器官的概念和实例
第七章 花
1.掌握典型花、雄蕊、雌蕊的组成部分
2.掌握心皮、背缝线和腹缝线、雌蕊和复雌蕊概念
3.掌握子房的组成和胎座的概念
4.理解药壁的构造和各部分的功能
5.掌握成熟花药的构造、成熟花粉粒的基本构造
6.掌握花粉粒的发育过程
7.掌握胚珠、成熟胚囊的结构
8.掌握无融合生殖、不定胚的概念
9.掌握多胚现象的概念和原因
第八章 种子和果实
2.理解荠菜胚的发育过程
3.掌握核型胚乳、细胞型胚乳和外胚乳的概念
4.掌握种子的基本结构
5.掌握真果和假果、单性结实的概念和实例
6.了解主要类型中的一些常见果实
第九章 植物界的基本类群及其演化
1.掌握种的概念
2.掌握学名概念及双名法和三名法的构成
3.掌握低等植物、高等植物、种子植物、被子植物的特征
4.掌握地衣的概念和构造特点
5.掌握被子植物生活史和世代交替概念
第十章 被子植物主要分科
1. 掌握双子叶植物和单子叶植物的一般特征
2. 掌握十字花科、豆科、芸香科、菊科、茄科、唇形科的主要特征
三.考试用书
许鸿川主编:《植物学(南方本)》,中国林业出版社,2006年出版。
许鸿川主编:《植物学学习指导》,中国林业出版社,2005年出版。
四、考试题型
1.填空题 30%
2.选择题 30%
3.名词解释 30%
4.简答题 30%
5.论述题 30%
《植物生理学》考试大纲
一、课程性质与要求
本课程是一门专业基础课,它是研究植物生命活动的规律和本质。。
二、课程内容及要求
第一章 植物的水分代谢
(一) 水分的重要生理意义
1. 掌握水分在植物生命活动中的重要生理意义。
2. 掌握水分在植物体内的存在状态及其对代谢的影响。
(二) 细胞吸水原理
1. 掌握水势的。
2. 掌握植物细胞水势的组成成分。
3. 掌握细胞吸水的原理及其水分移动的规律。
(三) 植物根系吸水原理
1.掌握根系吸水的动力(蒸腾拉力、根压)。
2.理解影响植物根系吸水的外界因素(土壤温度、土壤溶液浓度及土壤通气条件等)。
(四) 植物蒸腾作用
1. 理解蒸腾作用的意义
2. 掌握蒸腾作用的指标(蒸腾速率、蒸腾效率、蒸腾系数)。
3. 理解蒸腾作用的影响因素(温度、空气湿度、风速、光强等)。
4. 掌握植物体内水分运输的途径。
(五) 合理灌溉的生理基础(含指标、方法等)
第二章 植物的矿质营养
(一) 植物必需的矿质元素
1. 植物必需的矿质元素应符合哪些条件。
2. 掌握植物必需矿质元素的生理作用。
3. 了解植物缺素症的特征。
(二) 植物细胞对矿质元素的吸收
理解植物细胞吸收矿质元素的方式及特点。
(三) 植物根系对矿质元素的吸收
1. 掌握根系吸收矿质元素的特点
2. 了解影响根系吸收矿质元素的因素(温度、土壤通气、pH值、离子间相互作用等)。
(四) 矿质元素在植物体内运输
掌握矿质元素在植物体内运输的途径、形式和利用。
(五) 合理施肥的生理学基础(含指标和方法等)
第三章 植物的光合作用
(一) 植物光合作用的重要意义
1. 掌握植物光合作用总方程式的内涵。
2. 植物光合作用的重要意义。
(二) 叶绿体色素的性质
1. 掌握叶绿体的超微结构(类囊体、基粒和间质)。
2. 掌握叶绿体色素的种类和理化性质。
(三) 光合作用的机理
掌握光合作用过程中原初反应、电子传递与光合磷酸化、卡尔文循环、C4-二羧酸途径及光呼吸的含义,细胞定位、基本的反应历程及其生理意义。
(四) 影响植物光合作用的因素
1. 掌握光照、温度、CO2、水分、矿质营养等环境因素对光合作用的影响。
2. 掌握CO2补偿点、CO2饱和点和光补偿点、光饱和点的含义。
(五) 植物的光能利用率及提高途径
理解在生产实践上可以通过哪些途径提高植物对光能的利用。
第四章植物的呼吸作用
(一) 植物呼吸作用的生理意义
1. 掌握植物呼吸作用的类型
2. 理解呼吸作用在植物生命活动中的重要生理意义。
(二) 呼吸作用各历程的特点
1.了解糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径的概念、细胞定位、基本反应历程及其生理意义。
2.掌握生物氧化特点。
3.掌握氧化磷酸化在能量转换中的作用。
(三) 呼吸强度及其影响因素
1.掌握呼吸强度概念。
2.掌握温度、CO2和O2等因素对呼吸作用的影响。
3.理解呼吸作用变化规律与农业生产的关系。
4.理解光合作用和呼吸作用的关系。
第五章 植物体内有机物质的转化与运输
(一)植物体内有机物运输
1.掌握植物体内有机物运输的途径和形式。
2.理解有机物运输的机理。
3.掌握影响有机物运输的因素。
(二)植物体内有机物分配
1.掌握植物体内有机物分配原则。
2.掌握植物体内有机物的分配规律。
第六章 植物生长物质
(一) 生长素类的作用和应用
1.掌握在植物体内合成的部位、分布、运输特点和它们的生理作用。
2.掌握人工合成的生长素类在生产实践上的应用。
(二) 赤霉素类的作用和应用
1.掌握赤霉素在植物体内合成的部位、分布、运输和它们的生理作用。
2.掌握赤霉素类在生产实践上的应用。
(三) 细胞分裂素类的作用和应用
1.掌握细胞分裂素在植物体内合成的部位、分布、运输和它们的生理作用。
2.了解人工合成的细胞分裂素类在生产实践上的应用。
(四) 脱落酸的作用和应用
掌握脱落酸在植物体内合成的部位、分布、运输和生理作用及其在实践上的应用。
(五) 乙烯的作用和应用
理解乙烯在植物体内的分布和它的生理作用及其在生产实践上的应用。
第七章 植物的生长生理
(一) 种子萌发和细胞分化
1.掌握种子萌发必需的外界条件和植物细胞分化的影响因素。
2.掌握植物细胞全能性的概念及应用。
(二) 影响植物生长的外界条件
了解光照、温度等外界条件对植物生长的深刻影响及其原理和在实践上的应用。
(三) 植物生长的相关性
1.理解植物生长的地上部分与根部的相关性。
2.掌握营养生长与生殖生长的相关性的原理及其应用。
第八章 植物的生殖生理
(一) 植物的成花诱导
1.掌握春化作用、光周期诱导的含义。
2.了解植物成花的碳氮比理论。
3.了解成花素假说以及开花抑制物假说等基本知识。
(二) 光周期理论的应用
理解植物的花期调控原理与技术。
(三) 授粉受精生理
1.掌握植物授粉受精过程的生理变化。
2.掌握植物单性结实的原理与应用。
第九章 植物的成熟和衰老生理
(一) 种子、果实成熟时的生理生化变化
1.掌握种子成熟时有机物的变化。
2.掌握果实成熟时色、香、味变化的原理。
3.理解果实成熟时内源激素含量的变化。
(二) 种子休眠生理
掌握种子休眠的原因以及破除种子休眠的相应方法。
(三) 植物器官脱落生理
掌握植物叶片和果实等脱落的机理,内源植物激素如何影响器官脱落。
第十章 植物的抗性生理
(一) 植物的抗寒性
1.理解植物冻害和冷害的机理
2.了解植物抗寒性的生理基础
3.掌握提高植物抗寒性的途径。
(二) 植物的抗旱性
1.理解干旱对植物的危害
2.了解植物抗旱的生理基础
3.掌握提高植物抗旱性的措施
三、考试参考书
潘瑞炽主编.《植物生理学》高等教育出版社,2004年6月第五版。
四、《植物生理学》试卷总分150分
一、名词解释(30分)
二、填空题(40分)
三、选择题(10分)
四、写出缩写符号的中文名称(10分)
五、简答题(30分)
六、论述题(30)
《土壤肥料学》考试大纲
一、课程性质与要求:
本课程是高等院校农林类专业的一门专业基础课,其主要任务是以提高土壤肥力为中心,研究土壤及土壤肥力的发生、发展和变异规律及不断提高土壤肥力的技术措施;学会并掌握认土、用土、改土的方法和措施;了解各种养分对植物的作用和植物对各种养分的需求;明确土壤、植物和肥料之间的养分关系;掌握主要化学肥料和有机肥料的性质、作用和在土壤中的转化,以及施用原则和技术;弄清施肥与生态和食品安全的关系,并结合各地农林生产经营实际,掌握经济用肥和科学施肥的原理和方法。
二、课程内容、考核要求:
绪 论
1、掌握土壤肥料在农业生产中的作用
2、掌握土壤肥力的几种观点
第一章 土壤的形成与演变
1、了解地壳物质的元素组成
2、掌握成土矿物的定义、种类及其代表矿物
3、掌握成土岩石的种类及其代表岩石
4、掌握岩石的风化与土壤母质的形成
5、掌握土壤形成的基本规律
6、掌握各种成土因素对土壤形成的影响
7、掌握土壤剖面的定义和各个土壤层次
第二章 土壤的物质组成
1、掌握土壤的组成
2、了解常用的土粒分级制、质地分级制有哪些,重点掌握卡庆斯基制
3、掌握土壤质地和肥力的关系
5、掌握土壤生物的种类、对土壤及其植物的作用
6、掌握土壤水分的划分、土壤含水量的表示方法及计算、土水势及其划分
7、掌握土壤水状况调节
8、掌握土壤空气组成及其通气机制
9、土壤氧化还原状况的影响因素、特点及其调节
第三章 土壤基本性质
1、掌握土壤胶体、土壤表面电荷和电位
2、掌握阳离子交换作用、CEC和盐基饱和度
3、掌握土壤酸碱性和氧化还原反应
4、掌握土壤孔性、结构性和耕性
5、掌握土壤的热量状况
第四章 我国主要土壤类型及改良利用
1、掌握我国土壤的形成条件及分布
2、掌握我国土壤形成过程与分类
3、掌握铁铝土、盐碱土、人为土、初育土、半水成土
4、了解淋溶土、半淋溶土、水成土、半水成土、钙层土、干旱土、高山土
第五章 土壤管理
1、掌握我国的耕地资源与土壤资源
2、掌握土壤退化与防治
3、掌握高产土壤的特征及培肥的措施
第六章 植物营养与施肥管理
1、掌握植物的营养成分,判断植物必需营养元素的标准
2、掌握植物对养分的吸收
3、掌握影响植物吸收养分的外界环境条件
4、掌握施肥与植物产量、品质的关系
5、掌握植物营养我与施肥原则
第七章 大量元素肥料
1、掌握氮素的营养作用,氮肥的种类、性质和施用,氮肥的合理分配和施用
2、掌握磷素的营养作用,磷肥的种类、性质和施用,磷肥的合理分配和施用
3、掌握钾素的营养作用,钾肥的种类、性质和施用,钾肥的合理分配和施用
第八章 中、微量元素肥料和复混肥料
1、掌握钙、镁、硫营养与钙、镁、硫肥
2、掌握植物的微量元素营养、影响土壤微量元素有效性因素
3、掌握作物缺乏微量元素的诊断和判断方法
4、掌握微量元素肥料施用应注意的问题
5、掌握复混肥料的含义、表示方法、类型、优缺点、发展动向
6、掌握复混肥料的品种、性质和施用
7、掌握肥料的混合,掺混肥料的配制
第九章 有机肥料
1、掌握有机肥料的定义、特性、作用
2、掌握人粪尿的性质及施用
3、掌握厩肥的性质和施用
4、掌握堆肥、沤肥的性质、原理
5、掌握绿肥种植的意义、种类、栽培方式和利用
6、掌握泥炭和腐殖酸类肥料的性质和施用
第十章 施肥与生态和食品安全
1、防治施肥对环境影响的对策与措施
2、提高农产品品质和保证食品安全的对策与措施
三、考试题型:
1、填空题(30%)
2、选择题(20%)
3、名词解释(30%)
4、简答与计算题(50%)
5、论述题 (20%)
论文摘要:进一步明确了水土保持概念的内涵与外延,分析了人们在编制水土保持方案时经常出现的问题及根源,并对今后水土保持方案编制工作提出了建议 。
水土保持方案编制应考虑的问题,究竟是一些什么问题呢?由于人们对水土保持概念理解的偏差,在编制水土保持方案时仅着眼于防治土体损失的机械固定,仅仅限制在使用工程措施,从字面上理解植物措施,没有意识到防治水体损失方面的保持利用,忽略对风力侵蚀的防治,不考虑植物侵蚀和化学侵蚀等。
要讨论这些内容的不合理问题,首先得搞清水土保持概念的内涵与外延。
1水土保持概念的内涵与外延
由水土保持的概念看来,要弄清水土保持的内容,还必须弄清水土流失的定义。水土流失和水土保持是两个相对的概念,根据一些学术专著,它的意义也是比较明确的:是指土壤侵蚀(包括水、风、重力、人为活动等营力)造成陆地表面水土资源和土地生产力的破坏和损失。
然而什么又是土壤侵蚀呢?土壤侵蚀是国际通用的土壤学学术用语,国际上有代表性的学术专著和机构对此定义大致相同,即水、风、重力等作用下土壤的流失。国内定义是指土壤在内外力(如水力、风力、重力、人为活动等)的作用下,被分散、剥离、搬运和沉积的过程。
当然,随着人们对土壤侵蚀和水土保持的认识的不断深入,土壤侵蚀、水土保持的概念和内涵也在不断地发展演变。。
由此看来,水土保持涉及的内容除了防治水土资源的流失外,还赋予了利用水土资源,绿化美化环境等。其中,防治水土流失涉及防治土地荒漠化、防旱保水等内容,维护和提高土地生产力涉及了植物侵蚀、化学侵蚀,慎重考虑工程措施等内容,绿化美化环境则涉及了植树造林,慎重使用复垦措施等内容。总之,水土保持已不是最初的水土流失防治,即采取措施简单地把水土资源固定在某一个区域。
2问题根源的解析
前面已经说了方案中存在的问题。为什么会出现这些问题呢?我想最根本的是把水土保持单纯地理解为水土保护,而没有意识到水土保护的根本目的。现结合前面给出的概念来解析这些问题。
2.1仅把“保持”理解为“保护”
保持含义不仅限于保护,而是保护、改良与合理利用。由于一部分人把水土保持单纯地理解为水土保护、土壤保护,甚至与土壤侵蚀控制等同起来,没有意识到土壤的改良以及土壤合理利用于农、林业生产,即没有考虑到对土地生产力的提高,因此,在方案设计的时候,仅着眼于防治土体的损失,进行机械地“固定”处理,夸大甚至是盲目使用工程措施,从字面上理解植物措施。
2.1.1没有着眼于提高土地生产力。有人认为,用工程措施可以把土壤很好地圈定在某一空间范围,这样处理后基本不会发生土壤侵蚀的现象。有的就是忽视植物措施对土壤的改良功能及其对荒漠化的防治功效,在方案编制中忽视植物措施,至少不对石料场、石渣场采用植物措施,加速了该区域土地石漠化、荒漠化的进程。也有人在方案编制中不是先考虑提高土地生产力方面的土地熟化,而是随意采用复垦措施,使土地越垦越穷。相对次要一点的是,在方案中没有提及风力的扬尘等对土地的沙化。 也许有人会问:为什么要提高土地生产力呢? 因为他们只知道土地是农业生产发展的重要因素之一,不知道中国仅有10.20%的土地面积适于农业,37.10%适于畜牧,且风与水冲刷严重。因此必须考虑土地资源的可持续发展。
从提高土地生产力、水土资源的可持续发展来看,把弃渣场设置在农田的方案也是不可取的。就算弃渣在水土保持措施处理后,能够使土地生产力提高到以前农田状况下的水平(一般情况下是不可能的),但弃渣场本身占压了肥沃的土壤,让其退化,变得难以利用。据科学测算,自然风化1cm表土层需要400年时间,而风化成30cm耕作层,则至少需要1.20万年。但破坏这1.2万年才风化成的耕作层,却只需一朝一夕就完成了。这是一种资源在时间上的巨大浪费。因此,强烈反对占用农田不经处理就用作弃渣处理场地处理弃渣的方案。
2.1.2 对绿化、美化环境认识浅薄。由于没有意识到绿化、美化环境,一部分人没有考虑植物措施,或乱用植物措施,或没有把植物措施设计到相应深度等。总的说来,是对绿化、美化环境的认识没有深入。 没有考虑植物措施的人完全没有考虑水土保持的绿化、美化这一部分内容。在方案设计中,不在乎植物措施,认为在工程措施的防护下,已经能够达到防治目标,采用植物措施纯属多余。
乱用植物措施是不知道植物间的互生与对土壤肥力的竞争,只知道植物对土壤的改良,不知道一些植物在人为作用下恶化土壤理化性质、降低土壤肥力(即植物侵蚀)。要么是简单的进行混交造林,没有考虑主要树种与伴生树种之间的关系,对各树种不进行优化配置;要么乱用植物种造林,使得外来物种入侵并恶化土壤理化性质,降低土壤肥力,造成植物侵蚀。
没有把植物措施设计到相应深度的人是对植物的绿化、美化作用的认识深度不够而总认为种下去就成。他们要么是随意设计,没有考虑立地条件;要么是简单设计,没有考虑混交造林;在简单的进行混交造林设计中,没有考虑造林密度对生长量的影响;当然,他们植物措施中更不会考虑到微生物对土壤理化性质的改良作用(其实,植物措施常常是和生物措施相互通用的)。
2.2仅从定义上理解,没有注意到事物的发展
早期,人们只提出了土壤保持这一概念。而今,还有很大一部分停留在这一概念上,认为只是对于水力、风力等各类因素引起的土壤侵蚀的治理。于是,他们没有注重水体的保护和利用,没有意识到化学侵蚀带来的危害。也就是说,没有水忧患与水战略的意识。当然,这些还与水体保护的具体定义有关,因为在这一方面大家还持不同的意见:如有人把入渗作为一种水体保护措施,但有人认为,入渗到地层深处的水体已经变得难以利用。
因此,在方案编制中少了很多内容,让编制方案的根本目的落空。没有了 “维护和提高土地生产力”这一内容,好多东西也就空荡起来,更别说水土资源的可持续发展了。个人认为,水资源的保持要从水资源的利用、便于利用出发,做好库存,同时进行防污染处理。
关键词:水土保持;方案;编制
中图分类号:S157 文献标识码:A
1 问题根源的解析
。
1.1 肤浅地把“保持”理解为“保护”
保持(Conservation)含义不仅限于保护,而是保护、改良与合理利用(Protection,improvement and rational use)。由于一部分人把水土保持单纯地理解为水土保护、土壤保护、甚至与土壤侵蚀控制(Erosion control)等同起来,忽视了改良土壤的意义,以及科学开展林业,农业事业的意义,忽视对土壤可持续利用,所以,方案的设计往往只考虑防止土以及水分的流逝,过程死板而机械,方法选择盲目而缺乏科学计划,仅仅从表面含义理解内涵。
1.2 没有着眼于提高土地生产力
由于在他们看来,利用一定办法将土壤固定在某地即是加固土壤,甚至有人用硬化的办法来达到使其固定的目的,虽然,这样一来土壤受到侵蚀的几率也下降,不过这种方式破坏了土壤的形态,再次使用成为难事,必须经过撬开表层硬化部分,再进行系列程序完成处理,使土壤的成分受到严重破坏。因此,制定方案时也注意不加入化学成分,但是在建设程序中,出现的化学成分,经营时也有很多化学成分流进土壤,形成持续破坏,甚至出现盐碱化的情况。
。
一些人对土壤生产力理解十分欠缺,不明白为何要提高生产能力,而片面理解土地制约农业发展,不知道中国仅有10.2%的土地面积适于农业,37.1%适于畜牧,且风与水冲刷严重。。
从提高土地生产力、水土资源的可持续发展来看,把弃渣场设置在农田的方案也是不可取的。就算弃渣在水土保持措施处理后,能够使土地生产力提高到以前农田状况下的水平(一般情况下是不可能的),但弃渣场本身占压了肥沃的土壤,让其退化变得难以利用。据科学测算,自然风化1cm表土层需要400年时间,而风化成30cm耕作层,则至少需要1.2万年。但破坏这1.2万年才风化成的耕作层,却只需一朝一夕就完成了。这是一种资源在时间上的巨大浪费。因此,个人强烈反对占用农田不经处理就用作弃渣处理场地处理弃渣的方案。
1.3 对绿化、美化环境认识肤浅
并且,绿化和美化相关,都是为了环境更美好,而一些人片面认为多种树就是美化与绿化,胡乱种植植物,或者植物方法浅显粗糙,总之,没有完全了解美化以及绿化的内涵。
没有考虑植物措施的人完全没有考虑水土保持的绿化、美化这一部分内容。在方案设计中,不再乎植物措施,认为在工程措施的防护下,已经能够达到防治目标,采用植物措施纯属多余。
乱用植物措施是不知道植物间的互生与对土壤肥力的竞争和只知道植物对土壤的改良、不知道一些植物在人为作用下恶化土壤理化性质、降低土壤肥力(即植物侵蚀)。他们要么是简单的进行混交造林,没有考虑主要树种与伴生树种之间的关系对各树种进行优化配置;要么乱用植物种造林,使得外来物种入侵并恶化土壤理化性质、降低土壤肥力,造成植物侵蚀。
没有把植物措施设计到相应深度的人是对植物的绿化、美化作用的认识深度不够而总认为种下去就成。他们要么是随意设计,没有考虑立地条件;要么是简单设计,没有考虑混交造林;在简单的进行混交造林设计中,没有考虑造林密度对生长量的影响;当然,他们植物措施中更不会考虑到微生物对土壤理化性质的改良作用(其实,植物措施常常是和生物措施相互通用的)。
2 仅从定义上理解,没有注意到事物的发展
水同土地资源一样,是限制农业发展的重要因素之一。中国地下水资源有限,地面水分配不均,事实上只有20%的水分布在64%的耕地上。估计到2050年,将缺水4,000亿立方米(目前设施,总共为供应5,000亿立方米,已经不敷需要),水资源方面形势严峻。
最先被提出的概念是水土保持,现在,仍然有大部分工作还在这一阶段,导致了环保工作片面化,将目标放在水以及风导致的水土情况受到损害的问题上,因此,很多人忽视了对水的保护,又忽视了化学成分的严重侵害。。
3 对今后方案编制工作的希望
随着人们认识的发展,土壤侵蚀与水土保持学的概念在不断完善、深化,水土保持学正在逐步演变成一个涉及物理、化学、数学、计算机、气象、水利、农业、林业、资源、环境、社会经济等的综合学科,相信今后的水土保持会更完善、更丰满。因此,在未来的工作中,尤其对于方案的编制,要以水土保持的基本概念作为出发点,深刻了解其内涵,并采取行动,工作中要注意结合时展步伐,杜绝水土散失,合理繁殖植被,促进环境和谐,同时,要考虑更灵活更科学使用资源,种植混合农业,防止旱情和洪水,严肃方案编制的态度,以求得到最高水准的方案。
参考文献
[1]蒲勇平.关于水保方案编制中几个共性问题的探讨[J];水土保持科技情报,2002.
【关键词】 有机污染 植物修复 修复机理
在中国部分地区,因工业废水、大气降尘、石油开采和农药造成的土壤有机物污染相当严重[1]。植物修复技术具有成本低、环境友好和可再利用等特点,是一种非常有前途的环境污染原位治理途径。某些植物具有强耐受性和高积累量,可以得到更好的土壤修复效果[2]。
1 植物修复技术概念和类型
1.1 概念
植物修复技术(phytoremediation)是利用植物的独特功能,与根际微生物协同作用,发挥生物修复的更大功能[3],进而使污染土壤得以修复和消除[4]。熊建平等研究发现水稻田改种苎麻后,极大缩短了汞污染土壤恢复到其背景值水平的时间[1]。
1.2 基本类型
(1)植物提取(phytoextraction):即通过超积累植物对有机污染物的富集作用,达到去除土壤污染物的作用。
(2)植物降解(phytodegradation):利用植物的代谢作用及与其共生的微生物活动来降解有机污染物。
(3)植物固定(phytostabilization):利用植物根系的吸附作用来减少环境中污染物的生物可获得性。
(4)植物挥发(phytovolatilization):通过植物对有机污染物的吸收和转化作用,最终将其挥发到空气中。
2 植物修复机理
(1)植物对有机污染物的直接吸收。被植物吸收的有机化合物有多种去向:植物分解,通过木质化作用将其转化为植物体的组成部分;转化成无毒性的中间代物产物,储存于植物体内;完全被降解,最终转化成二氧化碳和水[5,6],从而达到去除有机污染物的目的。
(2)根际生物降解作用。根际是受植物根系活动影响的一个微区,也是植物一土壤一微生物与其环境条件相互作用的场所。根分泌物不仅能提高已存微生物的数量和活性,而且能选择性地影响微生物生长,使根际不同微生物的相对丰度发生改变,从而有利于根际的有机污染物的降解[9]。
研究表明植物根际的微生物数量比非根际区高几十倍,甚至几百倍,微生物的代谢活性也比原土体高,从而提高有机污染物的降解效率[10]。
(3)植物根部分泌的酶可催化降解有机污染物。植物根系分泌的酶可直接降解有关污染物,致使有机污染物从土壤中的解吸和质量转移成为限速步骤[7],植物死亡后酶释放回到环境中,可以继续发挥分解作用。
美国佐治亚州Athens的EPA实验室从淡水的沉积物中鉴定出脱卤酸硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶等五种酶,这些酶均来自植物。有研究表明,硝酸盐还原酶和漆酶可降解军火废物如TNT(2,4,6一三硝基甲苯),使之成为无毒物质[8]。
3 植物修复的应用与展望
植物修复技术较常规的重金属污染治理技术已显示出显著的生态、经济和社会效益,具有广阔的应用前景。植物修复可用于石油化工污染、炸药废物、燃料泄漏、氯代溶剂、填埋淋溶液和农药等有机污染物的治理,通常采用植物修复和其他清除方法结合使用。每个清除点需要种植不同的植物联合发挥作用,如苜蓿根系深、有固氮能力,杨树和柳树栽种广泛、耐涝而生长迅速,黑麦和野草生长浓密覆盖力强,可以根据不同植物不同的特点搭配使用。
植物修复是一种有效的土壤污染处理方法,它与其根际微生物共同发挥着分解、富集和稳定污染物的作用。土壤污染植物修复技术是一项非常有前途的新技术,与其它修复技术相比,费用较低,适合在发展中国家发展。虽然我国在超累积植物研究方面还处在起步阶段,但是从己经取得的成果表明,我国科学家有能力开发一批适合我国国情的植物修复技术,建立自主知识产权的植物修复技术。可以预料,植物修复将成为一种泛应用、环境良好和经济有效的修复技术。
在我国,植物修复技术起步较晚,在理论体系、修复机理和修复技术上还有许多不完善、不成熟的地方,有许多基础理论研究和应用实践工作要开展。
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关键词:有机肥;土壤重金属;生物有效性
中图分类号:X53 文献标识码:A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2017.02.006
Abstract:With the increasing concern of soil heavy metal pollution, it is necessary to do the research on reducing the heavy metal toxicity of soil, while the bioavailability of heavy metals is an important index for researching. There were many researchers have done the researches on the effects of fertilization and tillage on bioavailability of heavy metals, however only a few have been focusing on the effect of organic fertilizer.This dissertation have referenced many literatures in relation to organic fertilizer and soil heavy metals in recent years, the conception of soil heavy metals bioavailability, and the related infecting factors of bioavailability, as well as the effects of fertilization on bioavailability of heavy metals was conclused. It also gave a conceivable prospect of relationship between organic fertilizer and the soil bioavailability to improve the research on organic fertilizer and soil heavy metals bioavailability.
Key words:organic fertilizer;heavy metals in soils;bioavailability
随着工业化和城市化的快速发展,各种工业污染、人为活动以及不合理施肥等原因导致的有毒有害重金属(Pb、As、Cd、Hg等)通过各种途径进入土壤,使重金属污染程度不断加深。调查显示,全世界各国的土壤都存在着不同程度的污染。土壤中重金属含量的上升,使土壤发生质量退化、农产品的产量和品质降低,并且经食物链等方式被带入到人的身体内,影响危害着人类的身体健康[1-2]。。本研究主要综合了现有有机肥对土壤重金属有效性研究的相关文献,从土壤重金属生物有效性的概念、影响因素、有机肥对土壤性状及重金属有效性的影响3个方面进行了归纳总结。
1 土壤重金属生物有效性的概念
关于土壤重金属生物有效性的定义,第一次被提出是基于物理化学的概念,它是指污染物在水体中生物传输或生物反应被利用的程度。后来,又被应用到固体环境,例如土壤和污泥以及大气环境中的生物可给性问题[3]。环境化学概念中,生物有效性是指能够被生物所吸收利用的那部分物质。而生物学概念中的生物有效性,则是指能够经细胞膜而进入生物体,并参与生物新陈代谢过程的物质[4]。除此之外,由于研究对象和研究环境的不同,生物有效性的定义也不相同,如生物吸收物质的途径和方式,生物吸收物质的量,潜在的能被生物吸收的部分[5]。土壤重金属生物有效性不仅与土壤环境有关,也与生物自身的特征有关,这也就导致了土壤重金属生物有效性概念的复杂性。
2 影响土壤重金属生物有效性的因素
影响土壤中重金属生物有效性的因素很多,主要有重金属形态、总量,土壤理化性质和土壤环境条件等。除此之外,土壤类型、土壤生物等因素都会对其产生一定影响。
2.1 土壤重金属形态
土壤重金属形态是最重要的因素。重金属和土壤中的不同成分结合成不同的形态,各个形态的含量影响着重金属生物有效性。。Tessier 等[6]在1979年提出可以把重金属在土壤或者沉积物中的形态划分为5种形态:可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态、残渣态。这种划分也是到现在为止学者们所认为的最常见、最有代表性的。Shuman[7]在1985年提出把其划为交换态、水溶态、碳酸盐结合态、氧化锰结合态、紧结合有机态、不定性氧化铁结合态、松结合有机态、硅酸盐矿物态。Gambrell[8]则将其划分为水溶态、易交换态、大分子腐殖质结合态、无机化合物沉淀态、硫化物沉淀态、氢氧化物沉淀吸收态(吸附态)和残渣态等7种形态。它们中有的形态如残渣态,其迁移性较小,不被植物所吸收,因此,它的生物有效性小;有的能与土壤有机质、铁锰氧化物吸附结合,形成结合态沉淀物,在土壤l件发生改变时,迁移活性较大;有的吸附于土壤颗粒表面,与土壤液相离子进行吸附解析化学活动,属于可交换态重金属,迁移活性强,容易被植物所吸收利用。
2.2 土壤重金属总量
土壤重金属总量对生物有效性的影响虽然不能与形态相比,但总量更能够说明重金属富集程度和潜在危害等,因此,总量的研究被普遍应用到各国的土壤环境质量标准中。第一,土壤中的重金属形态和重金属总量两者之间有着相互关联及影响。例如,Sauve等[9]对几种不同类型的土壤进行了试验研究,元素Cu的全量与可交换态的Cu、水溶态Cu都有着很好的相关性,并且发现全量也是影响土壤中Cu2+活度的因素之一。Sauve等人[10]还对某铅矿周围的不同类型(88种)的土壤进行了研究,在对元素铅进行分析时发现,影响土壤中水溶态和可交换态铅以及铅离子活度的重要因素之一就是元素铅的总量。第二,在一定的条件下,土壤重金属的生物有效性可以用重金属总量来评估。
2.3 土壤理化性质
2.3.1 有C质土壤的理化性质 能够影响重金属的生物有效性的因素中,土壤中有机质的含量是主要的影响因素[11]。土壤中的有机质和重金属元素形成的络合物,影响土壤重金属的迁移性以及生物有效性。。一是通过加入有机质来影响对重金属元素的吸附能力。有机质作为一种天然的吸附剂,能够在很大程度上降低离子活度。二是土壤中有机质含量的多少改变着土壤中重金属元素各形态的分布,能够影响重金属元素的迁移性。例如王浩等[12]通过研究发现,受到铅和铜污染的土壤在加入有机质后,随着有机质积累的增加,会使土壤中水可提取铅和铜的含量显著减少,这一结果说明有机质可稳定土壤中的铅和铜。同样,钟晓兰等[13]也发现,除了元素Cr,其余重金属元素的各个形态和土壤有机质之间都有着显著相关性。
2.3.2 pH值 土壤溶液的pH值影响了土壤溶液中的各种离子在固相上的吸附程度,各种土壤矿物质的溶解度及其元素离子活性。因此,土壤pH值是土壤重金属元素解吸、吸附、溶解、沉淀离子化学过程的重要控制条件。如廖敏等[14]研究发现,随着土壤pH值升高,元素镉的吸附能力及其吸附量都明显增强,并且最终会产生沉淀。赵雅婷[15]研究发现:随着土壤pH值的上升,土壤中元素Zn的铁锰氧化物结合态及碳酸盐结合态含量增加,而可交换态Zn的含量减少;随着pH值的升高,土壤铁锰氧化物结合态Cd、碳酸盐结合态Cd的含量增多,而可交换态Cd含量减少。句炳新[16]研究发现,Cu的可交换态量会随着pH值的升高而减少,Cu的碳酸盐态则会随着pH值的升高而增加,这与廖敏、赵雅婷等研究相同。
2.3.3 氧化还原电位 土壤氧化还原电位是通过影响重金属在土壤中的价态来影响重金属的形态和分布的。土壤中重金属元素在氧化环境下,一般处于较高的氧化态。例如汞元素可以从单质汞转化为汞离子,从而甲基化成为甲基汞,大大地增强了它的有害性[17]。曹媛媛等[18]研究水稻田中重金属情况发现,土壤在还原环境中含有大量的二价铁离子,能和还原态的硫离子结合形成FeS。FeS再和CuS /ZnS反应产生沉淀,CuS /ZnS在土壤中大量累积,以此来降低重金属Cu或Zn的生物有效性。
2.3.4 粘土含量 在理化性质中,土壤中的粘土含量也影响其生物性。粘土矿物主要是通过进行离子交换来吸附溶液中的重金属离子,因此,粘土含量对重金属生物有效性影响深远。有研究发现,土壤中粘土含量影响着锌元素的生物有效性,但是这种影响会因为时间的长短而发生变化,而且有学者对土壤矿物学进行了相关研究,发现可交换态Cd的含量和粘土含量有较好的相关性[19-20]。因此,可知在研究重金属生物有效性时,粘土含量这一内容也是不可忽视的。
2.4 其他因素
除以上的因素之外,影响因素还包括重金属元素的种类、土壤类型和生物种类差异、农业活动等。如不同的耕作强度也影响着土壤的结构,不合理的耕作方式会使有机质大量的流失,从而产生重金属毒害;同种植物种植在不同类型的土壤中,所吸附重金属能力也有着很大差异,相同的植物对不同的元素的富集吸收能力又不相同。并且,各影响因素之间也存在相互关联,因此,在研究土壤重金属生物有效性时,应当综合考虑各个影响因素,进行全面的研究分析。
3 有机肥对土壤重金属生物有效性的影响
有机肥的施用不仅可以改善土壤的理化性质,增加土壤营养元素,减轻土壤次生盐渍化[21],提高作物产量和品质[22-24],增加土壤中的有益微生物种类[25-26],还可以对土壤重金生物有效性产生影响。有机肥对生物有效性产生影响,最主要的方面是通过改变土壤中的有机质和pH值。
3.1 有机肥对有机质的影响
。大量的研究显示,长期施用有机肥或者有机无机肥配比施用都会促进土壤中有机质的积累。如汪红霞等[28]采用10年长期肥料定位试验后发现,单施有机肥或P肥与有机肥混合施用能使土壤有机质增加,增加范围在8.4%~17.3%之间,而单独施用P肥反而会引起土壤有机质的下降。王彩绒等[29]采用6年定位试验后发现,在单施有机肥或者与无机肥配施下,都能明显地促进耕作层土壤有机质的积累。田小明等[30]对3种类型的土壤施用有机肥后发现,不同类型及有机质含量土壤中的有机质组分含量与不施有机肥相比,都有不同程度的提高。同时随着施肥量的增加,土壤有机质总量和活性有机质组分(活性有机质、中活性有机质、高活性有机质) 都有所增加,这与汪红霞等[28]研究结果大致一致,有机肥对土壤有机质确实有着深远的影响。
3.2 有机肥对pH值的影响
。大量的研究表明,由于当今农业施肥缺乏科学合理的指导,并且施入的肥料品种过于单一,偏爱无机肥,且投入量较大。这一现象不仅使肥料被大量浪费,并且使土壤溶液中pH值下降及次生盐碱化[31-33]。蔡泽江[34]等研究发现,单独施用有机肥或有机无机肥配施后,土壤的pH值与试验之前相比,呈现出稳定或者有所升高。其中,以单施有机肥的处理pH值升幅最大,升高了1.0个单位。Wang 等[35]研究结果显示,施用玉米秸秆能改善土壤酸度。丁玉梅等[36]在研究不同施肥对烟株根际土壤pH值的影响时发现,在不同土质条件下,不同油菜含量的有机肥对植株根际土壤的pH值具有一定的调节作用。肖辉等[37]研究得出,设施土壤施用化肥降低了土壤的pH值,而施用鸡粪等有机肥能够使土壤的pH值适当上升,从而避免土壤酸化。
3.3 有机肥对生物有效性的影响
有机肥料在农业中的施用,常被当作控制以及改良土壤重金属污染的重要方法,其主要表现为两个方面。
3.3.1 有机肥对土壤重金属形态的影响 土壤中重金属形态是研究生物有效性时最为主要的指标。有大量研究表明,有机肥能影响土壤中重金属的形态。大部分研究表明,施用有机肥能降低土壤重金属的有效性,如张琴[38]连续施用有机肥后发现:土壤中重金属Hg、Zn、Cd的有效态含量较试验前都有所降低,并且各处理之间呈显著性差异;重金属Hg、Zn、Cd的有效态含量随着有机肥施用量的增加逐渐减少,各个处理之间差异均达到显著水平,并且连续施用有机肥料还会增大重金属有效态的含量的递减率。PEREZ-DE-MORA 等[39]向受到重金属污染的土壤中施加生物堆肥,Y果显示随着土壤中有机质的含量增加,有效态重金属的比例降低。胡星明等[40]研究得出,在土壤里施用稻草能够改变重金属元素铜、镉、锌和铅在土壤中的化学形态分布。华珞等[41]在受Cd、Zn污染的土壤里施入了不同数量的有机肥后,发现土壤中有效态Cd、Zn的含量明显降低,Cd、Zn的总量也明显下降,所以可以显著地减少Cd2+和Zn2+对农作物的毒害。这与张琴[38]、胡星明等[40]研究结果相一致。同时,也有少部分研究指出,有机肥对重金属生物有效性没有产生作用甚至会加重重金属污染风险。如谭长银等[42]、王开峰等[43]研究发现,在稻田土壤长期施用有机肥会提高Zn和Cd 的有效性,增加土壤重金属污染风险。Zhang 等[44]研究发现,在东北地区的农田土壤中施用了畜禽粪便后,反而增加了该地区土壤受重金属元素铜污染的风险。宋琳琳等[45]施用有机肥后发现,土壤中生物有效态的Cd和Zn 含量显著增加,生物有效态Pb含量显著下降,残渣态Pb的含量也有所增加。出现这一结果的原因可能是,地区差异和各类型的土壤对重金属的富集吸附水平也存在着差别,另外,同一土壤对不同重金属元素的富集吸附能力也不相同,所以在研究重金属有效性时,要结合当地实际情况综合考虑。
3.3.2 有机肥对土壤重金属植物有效性的影响 因为各种植物对各重金属元素的吸附能力也存在着差异,所以研究重金属生物有效性,在研究土壤重金属形态之外,植物的有效性也是不容忽视的重要内容。 000,6 000 kg・hm-2和单独施用无机肥的稻米中镉的含量进行了对比,发现两个有机肥施用水平镉的含量分别下降了14. 3%和21. 4%,虽然施用有机肥对土壤有效态镉含量并无显著影响,但有机肥使镉在水稻中的分配率发生明显变化。唐明灯等[47]通过对生菜进行有机肥与化肥混合施用后发现,不管是单施有机肥或与化肥配施,花生麸及鸡粪处理都降低了生菜地上部镉的含量,并且施用鸡粪能够有效地降低生菜地上部铅的含量。牛粪和花生麸配比施用对降低生菜中铅含量的效果,要远远超过单独施用任何一种有机肥。祖艳群等[48]在对两种作物施用有机肥后发现,施用有机肥(猪粪)能导致小花南芥中铅和锌的含量增加,在施用猪粪14 g・kg-1时的含量及累积量达到最大。而施用猪粪后使中华山蓼里铅的含量和累积量上升,锌的含量和累积量减少。吴清清等[49]研究发现:在潮土中施入鸡粪或者垃圾有机肥后,潮土中苋菜内铜和锌的含量增加数分别为26.3%至36.0%和 1.2%至20.3%,但它们的含量都在国家食品卫生标准对铜和锌的规定含量之下;同时植株中镉、铅的含量与对照试验相比,都有所下降。红壤中苋菜植株中Zn、Cd和Pb分别下降 42.7%~59.9%,0~48.9%和4.1%~71.3%,达到显著水平。从以上的研究数据可知,虽然各种植物与土壤对重金属元素的吸收富集存在着差异,但都证明了有机肥的施用对植物有效性的影响。在研究有机肥与植物有效性的相关性问题上,要充分考虑土壤类型和作物的自身特性。
4 总结与展望
综上所述,有机肥对土壤性状和土壤重金属生物有效性都有着不同程度的影响,有机肥是现代农业中减少或防止土壤重金属污染的重要手段,国内外学者也做了相关方面的研究,也取得了一定成果。但由于受到地区差异、土壤类型、有机肥种类等差异,样品分析方法的多样性、影响因素的复杂性的影响,得出的研究结果也不尽相同,导致许多研究数据之间缺乏对比性。对有机肥与重金属污染防治方面也远没有其它措施研究得多,有机肥对土壤重金属的影响研究停滞不前。有机肥对不同类型土壤、生物及元素种类的作用,各种影响因素之间的相互影响等问题,都还需要进行更深入的研究,以推动有机肥对土壤重金属生物有效性研究的发展。
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首先是空调,由于虹桥站建筑的体量比较庞大,空调从设计之初其本身的标准要求也比较高,这就给孙兆军提出了挑战。“在满足各方人员舒适性要求的基础上,我们更多考虑了它的节能环保概念。”可想而知,这么大体量的一个建筑,它的运行能耗是非常大的,除了常规的设计方法之外,它所应冈的节能技术,正是孙兆军来负责的。
比如空调冷热源系统的设计,孙兆军结合了上海市能源构成和虹桥站的负荷特点,进行多方案比选。
“由于虹桥站是按高标准建设的车站,夏季要空调,冬天也要考虑供暖。上海是没有市政供热系统的,传统的锅炉供暖又不符合节能环保的要求,通过各种方案对比分析后,最终确定采用复合式土壤源热泵系统,这是虹桥站空调系统设计中应用的一项主要的节能技术。但是它的地埋管热器部分占地面积非常大,我们结合铁路客站设有站台的特点,从交叉施工、成品保护、各种管线间的影响及热性能等多方面充分分析了站台下设置的可行性、可靠性,最终确定了站台下设置地埋管热器的方案。从技术角度来说,这也是我们解决得比较好的一个问题,使土壤源热泵技术能够在虹桥站成功应用。”
土壤源热泵的原理就是通过室外的地埋管换热器与土壤进行热。形象地说,就是夏季通过土壤源热泵把空调房间的热量转移到地下土壤中,冬季再通过土壤源热泵取出来供暖。而热泵本身就是个热量的“搬运工”,以较小的代价实现热量转移,实现供冷或供热。
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