《农田生态系统调查》PPT课件

农田生态系统地球化学调查与评价(研究文献综述读书报告),2006年5月,内容提要,一、绪论地球化学应用于农业研究的发展简史及调查研究的主内容二、农田生态系统中元素的地球化学分布三、农田系统中元素的来源及其迁移转化规律(一)元素分布的来源及成因(二)元素的迁移转化规律及作用机制(三)元素迁移转化结果富集贫化的判断方法四、农田系统重金属污染程度评价五、重金属元素的生物有效性研究(一)元素有效性的概念及含义(二)生物有效性的研究方法(三)元素有效性研究的相关问题讨论六、农田生态系统调查研究中存在的问题,一、绪论：地球化学应用于农业研究的发展简史,Webb于1964年在爱尔兰等国的研究中发现，以花岗岩为母质的水系沉积物和土壤中的Co含量与食用该区草料的羊和牛的消瘦具有相关性(Webb，1964)，为此，他提出了“多目标地球化学填图”的观点，从而揭开了全世界范围内地球化学应用于农业领域研究的序幕。在60、70、80年代，农业生态地球化学调查主要是调查田间条件下，土壤中微量元素的丰缺对人和动物健康的影响。美国地质调查局(USGS)于上世纪70年代和80年代在联邦国土布置1000个采样点，调查土壤、表层沉积物、植物和不同作物中的元素总量，这在当时将农业地球化学的调查研究推向了高潮（Jeffrey等，1999）,一、绪论：地球化学应用于农业研究的发展简史,在这一时期，环境地球化学一直集中于某些元素（Cu,Co,Se,等）的不足和某些元素（Mo,Cd,ZnPb和As）的过量研究。同时，通过调查研究发现，微量元素的养分供给与其存在的化学形态有直接的关系。因此，开始了土壤中植物必需微量元素的有效态含量与植物生长关系的研究，用不同的化学提取剂分析元素的存在形态及提取元素的有效态的方法开始出现。如1979年Tessier等提出了六步七项提取方案，1978年，LindsayandNorvell提出了一种目前被广泛接受的微量元素提取方法，即用0.05MDTPA提取元素的有效态。,一、绪论：地球化学应用于农业研究的发展简史随后的研究中，有效态含量是生态地球化学填图中的一个重要指标，国际粮农组织（FAO）曾在这方面开展了一个非常宏大的项目，调查的目的是为了在世界范围内查明微量营养元素不足的区域及生态条件。调查中，在30个国家（包括中国）共采集7488个土壤和作物样品，分别用DTPA和EDTA提取Cu、Fe、Mn和Zn的有效态含量，同时分析土壤理化特征，如粒度分布、CEC、pH、EC、有机炭等，随后定量研究微量营养元素对作物产量的影响（Jeffrey等，1999）。,一、绪论：地球化学应用于农业研究的发展简史,1991年在瑞典召开了主题为“90年代的环境地球化学与健康”的第二届环境地球化学年会，评价了多目标地球化学调查在农业和野生动植物营养中的应用，并预测了这种调查在未来研究中的优势。,实践表明，随着分析技术水平的不断提高，地球化学在以下方面的研究中具有不可取代的优势：(i)提供元素在岩石、土壤、植物中的背景或基准含量；(ii)提供元素空间分布信息；(iii)通过提高分析测试技术，尤其是对土壤中化学元素的特征和矿物形态的分析；提供元素地球化学控制因素信息；(iv)在以上基础上，对“岩石土壤植物动物”中微量营养必需元素和植物毒性元素的溶解性、生物有效性及其迁移转化途径和作用机理提供地球化学数据。,农田生态系统调查研究的主要内容,1、元素在农田系统中的分布、分配特征；2、元素在农田系统中的迁移转化规律；3、异常元素的来源及成因；4、污染程度评价；5、生态效应研究；6、生态地球化学预警模型的建立,农田系统中元素的来源及其迁移转化规律：元素分布的来源及成因,一、元素分布的自然源土壤中的微量元素大部分来源于岩石的风化，元素在土壤系统中的含量可通过其在母质的含量来进行预测，也即母质是元素分布最重要的控制因。ArakiandKyuma(1985)根据土壤矿物组成，将其分成四种类别。,农田系统中元素的来源及其迁移转化规律：元素分布的来源及成因,二、元素分布的人为来源农田生态系统中，人类活动强烈地改变着元素在土壤中的分布，存在着许多影响元素分布的人为源因素，如Nicholsonetal.（2003）列出了英格兰和威尔士输入农业土壤重金属的污染源清单，它们包括：大气沉降、污泥、动物肥料、无机肥料和石灰、农用化学品、灌溉水、工业三废以及复合肥料。对于农田生态系统，影响比较严重的因素是农用化学品的施用。,图8部分元素在农业土壤和非农业土壤中表层与深层含量对比图（注：为p0，则表示该元素富集，反之，富0则表示该元素贫化。,元素迁移富集的判断方法,4、地质积累指标法地质积累指标(geoaccumulationindex，Igeo)，是Mller于1969年提出来的，其计算公式为：式中，Cn、Bn分别为样品中元素含量以及该元素的背景值，1.5是校正系数，用于消除元素含量的自然波动。,分类Igeo值污染状况0Igeo0无污染10Igeo1无污染到轻污染21Igeo2轻污染32Igeo3轻污染到重污染43Igeo4重污染54Igeo5为明显污染，大于40为极度污染(Sutherland(2000），但这样的污染对作物会产生何种程度的影响缺乏研究，在污染的土壤中，农作物对污染元素的利用程度以及作物的不同部位对该种元素的积累效应还缺乏系统的研究。,农田生态系统调查研究中存在的问题,3、研究方法多样，有些概念含糊，结果不便于对比。作为一门新兴的学科，环境地球化学出现了大量的名词术语，但在应用上有些不太规范，如前文所述的地球化学背景一词。另外，对同一问题的研究方法各异，而研究方法的规范和标准又不统一，如质量标准值的确定，元素存在形态的分析方法等，使得研究结果不便比较。4、调查成果的表示方法欠缺，数据处理薄弱。在多目标、多介质的地球化学调查中，具有海量的分析数据，如何从大量的数据中提取尽可能多的地球化学信息，并用直观的图示方法表示出来，是调查研究的关键性环节。如何将微观的规律通过宏观的图示或参数方法表示出来还非常不够。,农田生态系统调查研究中存在的问题,5、污染指示物及污染指标的选择不一通常是用土壤中的重金属元素总量作为评价污染的指标。但真正具有环境生态含义的是指以溶解态、可交换态等有效态部分。从生物有效性的角度，用偏提取法所提取的部分含量更适于作为评价指标。但提取剂的选择标准不统一。即使是同一污染指示物，如土壤，由于分析的粒度不同而产生了不同的评价结果，如0.063mm的样品含量系统地大于2mm的样品，再如，同一作物的不同部位及不同的物种之间由于对微量元素的不同富集能力而出现明显不同的结果。但这些差异之间的协调非常有限。,