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“云南农业大学农业科技这十年”之资源与环境学院科技成果与典型人物
来源:资源与环境学院 时间:2022-07-27浏览次数:

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致敬云岭大地生态环境美丽十年之路——云南省“农田无公害生产”创新团队

一、小流域尺度土壤重金属污染的生态修复和综合利用技术

云南敏感脆弱生态环境之一“金属矿区”:全省总面积43165.59 km2,占11.22%。我国农田土壤重金属污染严重(近1/5耕地),农产品重金属含量超标问题日益突出。农田土壤重金属污染治理与修复成为国家重大需求。云南金属矿产资源丰富,土壤重金属背景值高,是我国土壤重金属污染的重点防控区域之一。由于大多研究和实践侧重单项技术,迫切需要加强矿区周边废弃地和农田“山水林田湖草”的整体技术及其集成研究。

李元团队的研究选择云南典型铅锌矿区重金属污染区域(兰坪、会泽和梁河),以小流域为单元进行研究,研究区包括采矿废弃地、农田、河岸缓冲带和湿地。采用野外调查、原位小区试验和室内模拟相结合的方法开展技术研究和示范。结果表明:金属矿区小流域土壤重金属85%以上属于高潜在生态风险,乔-灌-草+草方格能够更有效的拦截重金属的迁移。

分析了农田重金属输入输出清单;钝化剂(海泡石、石灰、生物炭、纤维素等)修复,Cd、Pb有效态含量降低73.33%和72.22%以上。伴矿景天、伴矿景天和玉米间作、龙葵、蜈蚣草、印度芥菜和续断菊/玉米间作植物提取修复区实现农田土壤镉全量降低28.44%%以上、铅全量降低16.15%以上。低累积玉米、马铃薯和多花菜豆、甘蔗、油菜品种筛选、可食部分镉铅含量符合《食品安全国家标准食品-中轻度污染农田生产的农产品产量不降中污染物限量》。

工业辣椒、向日葵、万寿菊、孔雀草、波斯菊、凤仙花、香根草、紫花苜蓿、一年生黑麦草、多年生黑麦草、皇竹草、蓖麻、红麻、杜鹃花火烈鸟和映山红可用以矿区农田替代种植和废弃地植被重建。

采矿废弃地河岸缓冲带采用黑麦草//杜鹃模式,湿地系统种植纸莎草和鸢尾。施加有机肥、过磷酸钙、纤维素Cc、海泡石、生物炭、污泥、菌渣+接种AMF、生物炭+海泡石有助于改良废弃地土壤,促进植物生长。

形成的关键技术

v 中轻度镉铅污染农田钝化阻控-农业安全利用技术;

v 农田土壤重金属污染控制与农产品安全生产集成技术;

v 云南铅锌矿区生态保护和修复技术体系;

创新点:生态修复与产业绿色发展有机融合技术,实现多目标的生态修复模式,寻找最佳平衡点,生态与经济兼顾的恢复模式。

主要成果

ü 技术规程

v 云南铅锌矿区采矿废弃地优势植物群落恢复技术规程

v 云南铅锌矿区污染农田多花菜豆/马铃薯安全种植技术规程

v 云南铅锌矿区小流域沟渠生态缓冲带构建技术规程

ü 发表论文50多篇,其中SCI论文30篇。授权实用新型专利20多项。获软件著作权3项。

ü 生态富农与乡村振兴

v 铅锌矿区周边污染农田经济作物替代种植、农作物安全利用等技术的推广与应用。培训当地农技人员,增加农户收入。

v 开展生态文明与乡村振兴建设宣讲,促进了当地生态文明建设和生态富农的发展。

ü 部分成果获得云南省自然科学三等奖多项。

二、小流域尺度面源污染防控的清水产流和种养循环技术

面源污染一直是驱动水体富营养化发展的重要力量,成为湖泊污染削减和环境治理的难题。面山区域是维护水环境最直接、最重要的陆地生态屏障,使面山恢复水源涵养能力、实现清水产流是水污染治理取得成效的重要条件。

团队提出面山生态修复与水源涵养功能实现的技术和构建适合滇池、洱海流域和昭通彝良特点的山地水源涵养和面源控制的植被恢复技术,开展面山封山育林与植被优化工程(滇池流域和昭通彝良地震灾区),进行乔灌草搭配(花楸+红枫+香根草、花楸+白玉兰+香根草、花楸+红枫+狼尾草、黄柏皮+白玉兰+香根草、黄柏皮+红枫+香根草等);面山造林困难地区植被重建工程(隔坡水平沟、鱼鳞坑、植物篱)。

面山垦殖区农-林-草复合群落构建,形成面山垦殖区农-林(滇池流域:桃树//大豆、桃树//紫花苜蓿+鸭茅、桃树//紫花苜蓿+黑麦草、花椒//杭白菊、花椒//金银花)复合群落构建技术或农作物等高种植(彝良:玉米、黄豆、马铃薯等),使面山垦殖区地表径流量消减率(%)达到35.44~36.82%,地表径流总氮的流失量消减率(%)达到45.37%~49.52%,地表径流SS流失量消减率(%)达到39.30%~42.31%。

“五采区”及其废弃地生态防护工程(槲栎、旱冬瓜及黄连木生态重建技术)、小流域尺度面山汇水区源流系统优化控制工程小流域尺度面山汇水区源流优化控制技术,形成滇池面山污染控制与生态修复的综合示范工程体系和流域面山污染控制与水源涵养林保护的长效良性互动机制,为面山生态系统的改善、面源污染的有效防控以及流域清水产流功能的恢复提供工程示范样板和管理模式。

基于洱海流域70%以上的污染来自农村与农田面源,又是畜禽养殖的重要区域,畜禽尿液、养殖场冲圈水和生活污水是洱海水体富营养化的主要来源。因此,构建“奶牛养殖-生物处理-有机肥-水稻牧草轮作-奶牛养殖”模式,利用水虻幼虫吞噬畜禽粪便,水虻处理牛粪可将农田施用牛粪比例进一步增加到50%的替代量,实现污染零排放种养循环农业模式,对于洱海保护具有重要的意义。

形成的关键技术

v 山地水源涵养与清水产流关键技术;

v 面山造林困难地区植被重建技术;

v 面山垦殖区农-林复合群落构建技术;

v “五采区”及其废弃地生态防护技术;

v 小流域尺度面山汇水区源流优化控制技术;

v 种养循环农业模式固体废弃物循环利用技术体系;

v 水虻牛粪处理技术体系;

v 地震灾后受损山地生态恢复技术。

创新点:面山垦殖区的果树与大豆间作控制面山垦殖区面源污染的模式;构建种养耦合、最优种养循环体系;集成震区受损森林和山地农业生态系统恢复技术,稳定震区农业生产,促进震后灾区的恢复与重建。

主要成果:

ü 技术规程:

v 滇青冈种子育苗及种植技术规范;

v 壳斗科两种落叶乔木树种栓皮栎和麻栎种子育苗及种植技术规范

v 滇池流域面山次生林植物群落构建技术规范

v 利用桃树与大豆间作控制坡耕地面源污染的技术规范

v 利用花椒与中药材间作控制坡耕地面源污染的技术规范

v 利用桃树与混播牧草间作控制坡耕地面源污染的技术规范

v 草带分隔坡长果林地土壤侵蚀和面源污染控制技术规范

v 滇池流域面山造林困难地植被构建技术规范

v 花楸/红枫/狼尾草模式和核桃/金银花/黑麦草套作模式种植技术规程

ü 申请了14项专利;形成了面山水源涵养林保护和“五采区”及其废弃地污染控制与管理方案;发表论文34篇,其中SCI /EI论文6篇。

ü 课题研发的“山地水源涵养与清水产流关键技术”等技术在昆明市空港经济区宝象河上游山地区域形成了10000亩的示范区。课题形成的“面山水源涵养林保护和污染控制与管理方案”已在全流域进行了推广,对于实现清水产流,提升滇池流域水环境质量,具有重要贡献。

ü 获得云南省科技进步奖一等奖和三等奖等。



徐智教授团队连续在国际顶刊发表研究论文

徐智教授团队一直围绕固体废弃物肥料化利用和基质化利用机制与技术开展系统研究。主持完成国家自然科学基金1项,国家重点研发计划子课题2项;主持云南省重大科技专项1项,参加云南省重大科技专项1项;主编专著1部;第一作者或通讯作者发表研究论文50余篇(其中3篇1区TOP,1篇EI),发表国内外研究论文50余篇(1区TOP 3篇),获发明专利5项,主编专著1部,获云南省科技进步三等奖1项,大北农环境工程奖1项。系统构建了云南典型废弃物肥料化和基质化利用理论和技术体系,引领了云南农业固体废弃物资源化利用产业的发展。

近3年,徐智教授团队在农业废弃物快速堆肥研究和好氧堆肥发酵技术适宜性评价、堆肥过程腐殖化的微生物驱动机制及其与堆肥质量以及典型工农业废弃物基质化利用等研究方面取得了重要的进展,连续在国际顶刊《Bioresource Technology》上发表研究论文。

研究团队研究明确了不同农业废弃物堆肥腐殖化变化规律及影响因素,建立了二次发酵过程中强化木质纤维素降解促进堆肥腐殖酸形成技术体系,首次明确了促进堆肥腐殖化的微生物驱动机制。研究成果“Enhanced humification of maize straw and canola residue during composting by inoculatingPhanerochaete chrysosporiumin the cooling period”2019年发表在《Bioresource Technology》上(IF=7.539)。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122075

研究团队结合云南气候多样性的特点,首次探明了不同堆肥工艺(条垛式和槽式)与不同空气湿度区域的堆肥发酵进程、臭气排放的偶联,建立了适应不同区域的好氧堆肥发酵工艺技术体系,为不同空气湿度条件农业废弃物工厂化堆肥的适宜工艺技术的选择,提供了理论依据和技术模式。研究成果“Composting process and odor emission varied in windrow and trough composting system under different air humidity conditions” 2019年发表在《Bioresource Technology》上IF=9.642)。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122482

研究团队针对种养分离区,畜禽粪便作为有机氮源的不足的窘境,且畜禽粪便与稻壳联合发酵普遍存在EC值偏高,趋碱化严重等影响其基质化利用等问题。基于适度调酸减少堆肥过程氮损失的原理,以尿素作为易得的氮源,探讨了在稻壳-尿素堆肥体系中适当添加磷石膏(适度调酸)减少氮素损失,维持堆肥初期适宜C/N比,保证堆肥系统顺利发酵的作用及其机制,同时达到降低堆肥产品EC值,调节pH值和调控容重和孔隙度的目的。构建了种养分离区稻壳基质化利用的技术体系,完美地实现了稻壳、磷石膏高效资源化利用。研究成果“Adding an appropriate proportion of phosphogypsum ensured rice husk and urea composting to promote the compost as substrate utilization” 2022年发表在《Bioresource Technology》上(一区TOP,IF=11.889)。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126301

以上系列的研究成果充分体现了徐智教授团队在农业废弃物资源化利用研究方面的理论创新、技术创新和产品开发应用上高超的学术造诣。

此外,研究团队还密切关注土壤酸化、次生盐渍化、土传病害控制等土壤退化问题,系统地研究了影响土壤质量的酸化、盐渍化、土传病害、连作障碍等修复控制技术体系和功能性微生物绿色木霉枯草芽孢杆菌等在不同发酵进程的堆肥物料的定殖及肥料效应,建立了二次发酵接种功能性微生物生产生物有机肥的工艺技术体系,并结合好氧堆肥技术和功能性微生物开发,在云南特色经济作物专用生物肥料的开发与应用方面取得了较好的进展,进一步获得了云南省重大科技专项云南高原特色经济作物专用生物肥料创制及产业化应用的立项资助。

作者:李明锐
编辑:潘伟荣


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