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第14章 放眼未来——土壤科学与农业的可持续发展

农业问题是关乎老百姓生存的基本问题,而农业的发展离不开土壤。土壤不仅是人类居住和赖以生存的环境之一,而且是地球上物质转化和能量传递的场所。工业、交通和矿业等人为活动排放到水体和大气的污染物一旦进入土壤就要进入食物链,最终进入人体,危害人类健康。因此,我们必须做好土壤和农业建设的工作,走可持续发展道之路,重视人为活动对土壤资源的影响。

新中国成立以来,尤其是改革开放之后,中国经济进入了蓬勃发展的新时期,人口也随之急速增长。中国面临着粮食安全与环境保护的双重压力。粮食增产和环境保护都离不开土壤,古人云:“有土就有粮”,土壤不仅是人类居住和赖以生存的环境之一,而且是地球上物质转化和能量传递的场所。土壤科学在农业科学和环境科学中处于基础地位,而土壤科学研究对于促进农业可持续发展和解决国家重大环境问题也具有重要作用。

“建立土壤资源信息系统,实现土壤资源数字化管理”,将信息系统和数字化融入到研究当中,这在我国已得到了一定的体现,也取得了一些成绩。比如建立了一系列中国土壤空间数据库和包含7300个土壤剖面的土壤属性数据库,建立了土壤质量指标体系及评价系统,开发集成了适应于不同尺度范围的农田和温室水分信息采集和精量灌溉控制系统等等。

而高强度人为活动下土壤资源的演变规律和退化防治措施、土壤养分供应与植物营养调控原理和方法、土壤污染及其修复理论和技术、土壤利用与环境变化的相互关系、土壤生物过程及其调控技术等,这些都是亟需解决的问题。在工作中应着力建立以土壤质量为核心的现代土壤学,促进相关学科的发展;建立土壤资源信息系统,实现土壤资源数字化管理;完善污染土壤修复理论和技术体系,实现水肥高效利用与农业清洁生产;提出农业与环境协调的发展模式,为保障我国粮食安全、提高土壤生产力和改善生态环境质量服务。

近年来,我国科研人员通过对东北黑土、华北潮土、太湖流域水稻土和南方红壤地区野外调查与采样分析,研究了四大区土壤肥力质量及指标的空间分布和时空演变、土壤健康质量的空间分异特征,以此揭示中国土壤质量状况及肥力质量演变格局,这对于“土壤质量演变规律与持续利用”是有深远意义的。

对未来的发展方向,我国应从中国国情出发,把握住当代国际土壤科学发展的趋势,坚持有中国特色的土壤科学研究方向。土壤学的研究重点随着社会的需求而不断变化,因而具有时间和区域特色。欧美国家以休闲为主的土壤质量培育理论不能解决我国高强度利用下的土壤质量维持和提高的问题;以施用有机肥为主的我国传统土壤培肥经验也已无法满足实现作物优质、高产的目标。虽然现代土壤学正逐渐向发挥土壤环境净化、保护功能发展,但我国人多地少,人均耕地资源不足的客观现实决定了充分发挥土壤农业生产功能的不可替代性。我国必须利用一切可利用的农业土壤资源,提高复种指数和增施农用化学品以提高粮食产量,同时必须有效地防治高强度利用对土壤生态环境的过度冲击。因此,我国现代土壤科学必须在研究土壤质量演变过程与机制的基础上,建立实现作物持续优质高产、环境负面效应最小的土壤质量调控与培育理论及相应的技术体系。这方面没有可以借鉴的国际经验,我们必须对土壤资源的利用与管理实现比欧美发达国家更高的目标:高度集约化条件下,农作物的高产出、高质量、高效益和土壤生态环境的持续协调发展。

知识小百科

土壤与农业可持续发展国家重点实验室

土壤与农业可持续发展国家重点实验室的前身是原中国科学院土壤圈物质循环重点实验室,是2003年12月由国家科技部批准并资助建设的国家重点实验室,依托于中国科学院南京土壤研究所。

实验室成立以来获得的重要研究成果有:创立了土壤圈层和物质循环理论,把传统土壤学侧重于关注生物气候对土壤形成、特性、分布、演化的影响和侧重于土壤内部物质组成和转化过程等的研究拓展到土壤圈与生物圈、水圈、大气圈和岩石圈的物质和能量交换研究。土壤圈物质循环理论不仅拓展了土壤学的研究范畴,而且使土壤学的研究更贴近于解决农业、生态和环境问题,因而被国际土壤学界所广泛接受。针对我国资源类型众多、总量巨大、分布规律多样等特点,该研究室揭示我国土壤资源的共性和特性,发表了数以千计的论文,系统地总结并出版了一系列专著。如《中国土壤》、《中国水稻土》等。与此同时,实验室还发展了新的研究土壤资源的方法,建立了一系列土壤数据库和信息系统,在国民经济如农业、林业、国土、环保、水利、气象等许多部门得到了广泛的应用,已成为我国资源环境最为重要的数据资料之一。通过运用15N-NMR等多种现代分析技术,揭示了新形成腐殖物质中酸解性未知态氮主要为α-氨基酸、脯氨酸氮和吡咯,获得了非酸解性未知态氮能为高等植物利用的依据。近年来,实验室在土壤资源调查、土壤合理利用与改良、土壤养分循环和改土培肥、土壤环境质量与保护等方面均取得了重要研究进展。

实验室今后的研究目标是瞄准我国土壤质量退化防治过程中的重大科学问题和关键技术,深入开展我国土壤质量演变的应用基础研究,建立和发展土壤质量调控的新理论、新技术、新方法和管理思想,发展以土壤质量为核心的现代土壤学,为国家的粮食安全保障、农业可持续发展和生态环境建设提供科学决策依据。①建立我国主要农业土壤质量指标体系、评价方法和标准,重点揭示我国黑土、潮土、红壤和水稻土四大主要耕地土壤质量特征及其演变趋势;②建立与农业服务体系相配套的高效施肥技术体系,研制新型肥料,探讨有机肥料合理利用技术;③建立污染土壤中重金属和农药生物有效性的评价方法,初步建立化学强化的污染土壤植物和电动修复技术;④阐明土壤温室气体排放规律,揭示稻/麦轮作农田生态系统对大气二氧化碳浓度升高的响应规律。

转基因食品

转基因食品,又称基因改良食品或基因食品,是利用基因工程技术将一种微生物、动物或植物的基因植入另一种微生物、动物或植物中,接受的一方由此而获得了一种它所不能自然拥有的品质。例如,北极鱼体内的某个基因有防冻作用,科学家将它抽出,植入西红柿里,于是就制造出新品种的耐寒西红柿。目前已经进入食品领域的三类转基因生物包括转基因动物、转基因植物和转基因微生物,其中植物性转基因食品的重要性要比另两类大得多。

转基因食品在节省成本、防治病虫害、增加作物抵抗力、改良作物营养成分、解决粮食短缺及改善全球生态环境等方面无疑具有很多传统食品不具备的优点。具体体现在:①可以改良品种;②可以延长食品保存时间和增加营养成分;③通过给作物加入防虫防菌等抗性基因,使作物本身产生抵抗病虫害侵袭的能力,因而可减少农药的使用量,有利于环境保护;④转基因技术及基因食物目前正向医药等领域扩展;⑤转基因技术的发展前景与其对人类的益处无法估计,特别是在解决世界范围内的粮食危机等方面。但同时,也给人类带来了很多不曾遇到的难题,尽管多数科学家认为,现代生物技术生产的食品本身的安全性并不比传统食品低,但这项技术还是面临着各种争论,争论的焦点主要集中在食品安全性和环境安全性两方面。

转基因产品在人体内是否会导致发生基因突变而有害人体健康,是人们对转基因食品安全性产生怀疑的主要原因,涉及到以下几个问题:①转基因食物的直接影响,包括改变营养成分、毒性或增加食物过敏物质的可能;②转基因食品的间接影响,例如经遗传工程修饰的基因片段导入后,引发基因突变或改变代谢途径,致使其最终产物可能含有新的成分或改变现有成分的含量所造成的间接影响;③植物里导入了具有抗除草剂或毒杀虫功能的基因后,是否会像其他有害物质那样能通过食物链进入人体;④转基因食品经由胃肠道的吸收而将基因转移至肠道微生物中,从而对人体健康造成影响。

环境安全性的问题主要是指转基因植物释放到田间后,是否会将基因转移到野生植物中,是否会破坏自然生态环境,打破原有生物种群的动态平衡。包括:①转基因生物对农业和生态环境的影响;②产生超级杂草的可能;③种植抗虫转基因植物后,可能使害虫产生免疫并遗传,从而产生更加难以消灭的“超级害虫”;④转基因向非目标生物转移的可能性;⑤其他生物吃了转基因食品后是否会产生畸变或灭绝;⑥转基因生物是否会破坏生物的多样性。

转基因食品作为食品的新品种,更需要有合适的科学理论和技术方法来对其安全性进行严格的评价。在联合国粮农组织、世界卫生组织、经济合作与发展组织的倡议下,欧盟、美国等国家一般都采用“实质等同性”原则来构建食品安全评估程序。所谓实质等同性,是指如果一种新食品或食品成分与传统食品或食品成分等同,就安全性而言,它们可以等同对待。也就是说,生物技术生产的食品或食品成分能够被认为与传统食品或食品成分一样安全。实质等同性分析本身不是危险性分析,而是对新型食物与传统食品相对的安全比较,是一种动态过程。

总之,目前对转基因食品的安全性(特别是长期食用后对人体的可能影响)仍然没有定论,世界各国对转基因食品的态度也各不相同,如美国非常赞成,而欧盟非常严格。随着科学技术的不断发展,对转基因食品的认识必将越来越深入、越来越全面,转基因食品这一人类新创造的食品可能也将更多地造福全人类。

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