土壤度定仪

土壤呼吸 | 极端干旱通过改变高寒泥炭地土壤微生物功能群丰度来降低土壤异养呼吸而非甲烷通量【温室气体】人类活动造成温室气体排放急剧增加，全球地表温度持续上升，显著改变了自然生态系统碳水循环格局。极端气候事件，尤其是极端干旱事件发生的频率和强度不断升高，对土壤含水量、土壤微生物群落结构和功能、土壤异养呼吸（Rh）以及土壤甲烷（CH4）通量具有重要影响。高寒泥炭地拥有巨大的碳储量，对气候变化高度敏感。虽然目前围绕高寒泥炭地碳排放开展了一些研究，但对高寒泥炭地生态系统碳排放对极端干旱响应的微生物机制仍不清楚。若尔盖国家级自然保护区基于此，中国林业科学研究院湿地研究所的研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.62′′ N，102°57′28.44′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究对象，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过原位观测和室内试验相结合，旨在解决以下问题：（1）不同植物生长期，极端干旱如何影响Rh和CH4通量?（2）极端干旱如何影响土壤微生物群落结构和功能群?以及（3）驱动Rh和CH4通量变化的主要因素是什么？作者于2019年6月18日至9月25日测量了Rh（PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司））和CH4通量（一个闭路静态室（0.5×0.5×0.5 m）+ABB LGR便携式温室气体分析仪（UGGA，GLA132-GGA））。试验三个生长期结束时，作者测量了样地0-20 cm土壤的土壤性质，包括总氮（TN）、土壤有机碳（SOC）、有效磷含量（AP）、总磷（P）、pH值、溶解有机碳（DOC）、土壤含水量（SWC）、硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）、微生物生物量磷（MBP）、微生物生物量氮（MBN）和微生物生物量碳（MBC）。此外，还进行了新鲜土壤样品的DNA提取、PCR扩增和测序。图1 PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统。【结果】图2 不同植物生长期极端干旱对土壤异养呼吸（a）和甲烷通量（b）的影响。“ED”，“MD”，和“LD”分别代表植物快速生长期、盛花期和植物生长衰退期。图3 不同植物生长期极端干旱对细菌碳循环功能群的影响。图4 驱动因素对土壤微生物呼吸（a）和甲烷通量（b）的相对贡献。【结论】极端干旱导致植物生长衰退期土壤异养呼吸显著降低38.04 mg m−2h−1，但对CH4通量无显著影响。极端干旱显著降低了细菌的α多样性，显著降低了植物快速生长期和衰退期的Rokubacteria和Chloroflexi菌的相对丰度，显著增加了盛花期Actinobacteria菌的相对丰度。在植物快速生长期和盛花期，极端干旱使芳香烃降解功能群（aromatic hydrocarbon degraders）相对丰度分别降低了50.26%和64.37%。在植物生长衰退期，极端干旱显著降低了甲醇氧化（methanol oxidizers）和木质素降解（lignin degraders）功能群的相对丰度，分别为81.63%和82.08%。随机森林模型分析表明，细菌功能群在决定土壤异养呼吸和甲烷排放中起着重要的作用。芳香族化合物降解（aromatic compound degraders）和芳香烃（aromatic hydrocarbon degraders）降解功能群对土壤异养呼吸累计贡献率为11.89%。芳香族化合物降解（aromatic compound degraders）、芳香烃降解（aromatic hydrocarbon degraders）、脂肪族非甲烷烃降解（aliphatic non-methane hydrocarbon degraders）和甲基营养（methylotrophs）功能群对甲烷通量的累计贡献率为13.29%。研究结果强调土壤细菌碳循环功能群对于探索未来极端干旱背景下土壤碳循环可能的微生物响应机制至关重要，为高寒泥炭地应对未来气候变化提供了理论基础和科学依据。【产品简介】PS-9000是一套用于测量土壤CO₂通量的便携式测量系统，采用动态气室法测量，专利设计。具有控制测量、存储和数据处理等功能，可测量呼吸室内CO₂浓度变化，同时结合自身测量的空气温度、大气压、土壤温度等传感器的数据，计算处理得到CO₂通量。PS-9000可通过掌上控制器实现无线操作，实时显示仪器测量的各种参数值，并可现场修改各种设置参数。

在合肥智慧农业谷的实验室内，土壤检测机器人研发团队负责人刘宜正在分析数据。土壤检测一般包括检测土壤的酸碱性、大量元素含量、中微量元素含量、有机质含量等多项指标。往常，这些检测工作需要多名实验员协作完成。3月4日，在合肥智慧农业谷的实验室内，记者见到一台给土壤做全面“体检”的机器人正在分析土壤的多项数值。这就是全国首台高通量土壤成分智能检测机器人，由合肥科研团队研发，工作效率“一个顶十个”，目前正助力第三次全国土壤普查工作。一台土壤检测机器人 顶12个实验员外表方方正正、通体半透明——走进合肥智慧农业谷的实验室，眼前的白色“大集装箱”正在作业。经仔细观察，记者才发现“集装箱”内大有玄机，一台橘黄色的机械臂正在里面往一座座实验台上运送检测样品。而在每个实验台上，还有小型机械臂和智能“眼睛”各司其职。“传统土壤检测以人工为主，周期长、成本高，且对实验人员技术要求高，人为因素容易导致检测结果误差大，这台机器人就解决了这些问题。”合肥智慧农业谷土壤检测机器人研发团队负责人刘宜介绍，土壤检测对掌握耕地情况、提高耕地肥力具有重要作用。而借助这台全国首台高通量土壤成分智能检测机器人，每天能够完成1500个指标的检测通量，相当于12个实验员的工作量。此外，这台机器人通过机器视觉、多臂协同、优化调度算法等多项技术加持，能够精准识别检测过程中的颜色等反应状态信息并自动准确判读，还可以处理摇匀、开关瓶盖、倾倒、移液、定容等各种复杂动作。实验员只需将待检测样品摆放整齐，剩下的检测工作就可以交给机器人了。通过土壤检测指标的并行操作，这台机器人能够同时处理大量土壤样品，24小时不间断，从而实现单日检测的高通量和短周期。“它还具备自我学习的功能，对几十项指标调度流程进行自动优化，对称量以及pH值、速效钾等不同指标的前处理及检测流程步骤进行统筹调度，建立AI智能决策模型。”刘宜告诉记者，这台“合肥造”的机器人诞生后，我国土壤检测形成了机器人代人稳定、准确、高效的土壤检测新模式，实现土壤检测主要流程自动化连续运行。目前，这台机器人已经通过了多次的测试与应用，累计处理了上万个土壤样品指标，陆续参与了全国测土配方施肥、农业面源污染大面积监测等项目，现在正助力第三次全国土壤普查。12年研发 历经7次技术迭代功能如此强大的机器人，它的诞生并非一朝一夕。合肥智慧农业谷研究团队投入了12年的研发时间，先后完成了7代样机的研发迭代与更新，才让它在土壤检测中一次比一次更加出色。刘宜表示，在研发迭代的过程中，研究团队针对土壤养分检测的13项指标，先后历经了4代样机的更新迭代，完成了功能化模块研制与验证、基本功能原理样机研制与验证、关键算法开发与验证、指标流程优化设计，以及单平台样机研制与测试。在完善这些功能后，这台机器人又历经了3代样机的更新迭代，陆续新增了20多项检测指标功能化的研制与验证，以及整个土壤检测机器人的智能化、信息化改进。现在已经通过专家鉴定，进入投产阶段。虽然耗时长，但在机器人研发过程中，涌现出了一批原创性、创新性的技术成果，授权国家发明专利等知识产权50项。刘宜告诉记者，土壤样品精确定量自动取样及称量技术、基于多传感融合的精准浸提技术是其中极具原创性的两个成果。土壤样品精确定量自动取样及称量技术通过研发的高频振动发生器，可以实现土壤样品的高精度、可控自动进样。基于多传感融合的精准浸提技术是融合高精度传感器、机器视觉和智能控制等技术手段对土样前处理过程进行精确操作及判读，实现土样的多指标精准浸提前处理作业。未来将面向农产品重金属、有机污染物检测与大气、水环境污染检测的需求，研发与设计新产品，实现对农产品与农业生产环境的一站式自动化检测，为农业高质量发展提供有力的技术支撑。

一、修订历程我国现行《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）为1995 年7月13 日发布，1996 年3 月1 日实施。面对我国土壤环境形势的新变化、新问题和新要求，环境保护部2006 年立项修订该标准，由原标准编制单位环境保护部南京环境科学研究所牵头承担。2007年9月原国家环保总局科技标准司在江苏溧阳召开土壤环境标准制修订工作会议，包括本标准修订项目组在内的各项土壤环保标准制修订项目承担单位参加，研讨土壤环保标准制修订思路。2008年起，按照该会议精神，编制组广泛调研了美国、加拿大、英国等土壤环境标准体系及制定方法，并陆续提出多版修订草稿。2009年&mdash 2013年，环境保护部科技标准司多次组织召开土壤环保标准制修订工作会议，并印发《关于修订国家环境保护标准土壤环境质量标准公开征求意见的通知》（环办函[2009]918 号），就标准修订工作的几个关键问题广泛征集了国务院相关部委、各地方、相关科研机构的意见。同期，按照全国土壤污染状况调查工作要求，本标准编制单位结合修订思路编制了《全国土壤污染状况评价技术规定》，并承担了中荷土壤环境保护国际合作项目。《场地环境调查技术导则》（HJ 25.1-2014）、《场地环境监测技术导则》（HJ25.2-2014）、《污染场地风险评估技术导则》（HJ 25.3-2014）、《污染场地土壤修复技术导则》（HJ 25.4-2014）和《污染场地术语》（HJ682-2014）等污染场地系列标准于2014年2月19日正式发布。其中，HJ 25.3-2014 是与现行《土壤环境质量标准》并列的建设用地土壤环境质量评价标准，但考虑到土壤环境问题复杂性，该标准仅规定了风险评估技术原则、方法，未规定启动风险评估的筛选值。2014年4月24日新修订的《环境保护法》第15条、28条和第32条分别规定了国家和地方环境质量标准的制定、实施制度，以及大气、水、土壤环境调查、监测、评估和修复制度，制定实施HJ25系列标准得到上位法的有力支持。2014年6月26日，环境保护部科技标准司在北京召开相关科研专家和管理部门代表参加的《土壤环境质量标准》修订专题研讨会，明确建议修订后的《土壤环境质量标准》继续以农用地土壤环境质量为评价对象，建设用地土壤环境评价适用HJ 25 系列标准并补充制订筛选值。2014年10月31日，环境保护部部长专题会议研究了《土壤环境质量标准》修订工作思路，同意修订后的《土壤环境质量标准》继续以农用地土壤环境质量评价为主，与建设用地土壤环境风险评估标准共同构成土壤环境质量评价标准体系；不再规定全国统一的土壤环境自然背景值。按照上述会议精神，编制组完成了《农用地土壤环境质量标准（征求意见稿）》（修订GB 15618-1995）和《建设用地土壤污染风险筛选指导值（征求意见稿）》（补充HJ 25.3-2014），即本次公开征求意见的两项标准。二、修订依据和思路1.主要依据（1）《中华人民共和国环境保护法》（2014年修订）；（2）《国务院办公厅关于印发近期土壤环境保护和综合治理工作安排的通知》（国办发[2013]7 号）；（3）《关于加强工业企业关停、搬迁及原址场地再开发利用过程中污染防治工作的通知》（环发[2014]66 号）；（4）《环境保护部、工业和信息化部、国土资源部、住房和城乡建设部关于保障工业企业场地再开发利用环境安全的通知》（环发[2012]140 号）。2. 修订思路2.1 土壤污染物项目原标准中土壤污染物项目10个，其中：8个为无机污染物（镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍）；2 个为有机污染物（六六六、滴滴涕）。根据&ldquo 十一五&rdquo 全国土壤污染状况调查结果，原标准规定的重金属污染物在全国范围检出率、超标率较高，继续保留为必测项目；土壤中六六六和滴滴涕含量虽然有所下降，但在全国范围内仍有一定检出率，部分监测点出现超标，也继续保留为必测项目。与此同时，&ldquo 十一五&rdquo 土壤污染调查发现，土壤污染物种类和数量有所增加，综合考虑污染物检出的区域特征、基层环境监测能力和土壤污染物作用机理研究进展，同时借鉴国外相关标准和《全国土壤污染状况评价技术规定》，增加了总锰、总钴、总硒、总钒、总锑、总铊、氟化物（水溶性氟）、苯并[a]芘、石油烃总量、邻苯二甲酸酯类总量等10 种土壤污染物选测项目，适用于特定地区土壤污染调查与评价。2.2细化土壤污染物限值土壤pH 条件是影响土壤中重金属活性的首要因子，土壤pH 值越低，重金属活性越强、越容易被农作物吸收，尤其是在pH 值5.5 以下的土壤中活性强，而在pH 值5.5 以上的土壤中活性明显下降。为此，将原标准pH 值小于6.5 的情况进一步细分为pH&le 5.5 和5.5＜pH&le 6.5 两档，分别规定限值，将原标准中的3档（pH&le 6.5，6.57.5）增加为4 档（pH&le 5.5，5.5＜pH&le 6.5，6.5 pH&le 7.5,pH7.5）。标准修订过程中，相关各方普遍反映原标准中镉限值偏严。原标准中的镉限值是按照最保守取值原则确定的，即以最敏感粮食作物水稻籽粒中镉的食品安全标准0.2mg/kg 为依据，推算出各类土壤中镉临界浓度（含量），取其最小值。对全国不同土壤类型、不同作物种类、不同pH 条件下的试验显示，水稻在酸性土壤（pH&le 4）中的土壤镉临界含量为0.3mg/kg 左右；随着pH 值升高，土壤中镉活性降低，包括水稻在内的农作物对土壤中镉的吸收性能降低。与水稻相比，小麦、玉米、大豆等作物对土壤镉的吸收性能低，这些作物产区的土壤镉控制要求可以相应放宽。因此，不宜将0.3mg/kg 作为pH7.5 的所有土壤镉含量限值。考虑到以上情况，针对原标准按pH 值7.5 划分的镉含量两档限值、规定过粗的问题，本次修订将其细化为四档，按照pH 值从小到大，将原标准的0.3mg/kg 和0.6mg/kg 细化为0.3mg/kg、0.4mg/kg、0.5mg/kg 和0.6mg/kg。鉴于原标准中总汞、总砷、总铬、总铜、总镍、总锌按pH 值和用地类型分别规定的限值比较详细，且在实际应用中未出现普遍反映的不合理问题，本次修订暂未调整。对于土壤中的铅和六六六、滴滴涕，本次修订收严了限值。2.3收严土壤中铅含量限值原标准以铅对农作物生长影响为依据，按pH 条件规定了三档限值，分别为250mg/kg（pH6.5）、300mg/kg（pH6.5-7.5）、350mg/kg（pH7.5）。原标准发布于1995年，此后国内外农产品中铅含量限值标准均有所收严。例如，当时的淀粉制品食品卫生标准（GB 2713-81）规定的铅含量限值为1.0 mg/kg，而现行的《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762-2012）规定谷物及其制品中铅含量限值为0.2mg/kg。此外，我国铅土壤环境背景水平偏低，95%范围值为10.0-56.1mg/kg，中位值为23.5 mg/kg，算术平均值为26.0 mg/kg，几何平均值为23.6 mg/kg。近年来，我国多次发生铅污染事件，宽松的土壤铅含量限值不利于及时发现、应对铅污染问题。适度收严土壤中的铅含量限值，有利于及时反映土壤铅含量上升、累积的趋势，也有利于分析周边污染源排放的大气、水中铅含量过高问题。考虑到以上情况，2006年环境保护部发布的《食用农产品产地环境质量评价标准》（HJ 332-2006）规定食用农产品产地土壤中的铅含量限值为80 mg/kg，《全国土壤污染状况评估技术规定》也采用80mg/kg 作为评价依据。因此，本次修订将农用地土壤铅含量限值收严为80 mg/kg。2.4收严土壤中六六六和滴滴涕含量限值原标准中六六六和滴滴涕限值为0.5mg/kg，主要根据上世纪八十年代我国土壤六六六和滴滴涕污染状况和残留水平确定。我国从1983年起禁止使用六六六和滴滴涕，经过20 多年自然消解，土壤中六六六和滴滴涕含量水平已显著降低。&ldquo 十一五&rdquo 全国土壤污染状况调查显示，部分地区土壤六六六和滴滴涕仍有检出。六六六和滴滴涕属于《持久性有机污染物公约》首批重点控制的物质，且当前仍然是食品安全和国际贸易关注的重点污染物，现行食品安全国家标准也规定了这两项污染物限值。因此，本次修订保留这两项污染物为必测项目，限值收严为0.1 mg/kg，与2006 年环境保护部发布的《食用农产品产地环境质量评价标准》（HJ 332-2006）和《全国土壤污染状况评价技术规定》一致。2.5选测项目含量限值本次修订新增10 种土壤污染物选测项目。鉴于目前国内对这些污染物项目的研究成果较少，其限值的确定主要参考了加拿大、德国、荷兰等国家的农用地土壤标准资料，以及&ldquo 七五&rdquo 土壤环境背景值研究数据和&ldquo 十一五&rdquo 全国土壤污染状况调查数据，未按pH 值分档细化定值。2.6更新监测要求本标准更新了土壤环境监测技术规范和土壤污染物分析测试方法。目前，农用地土壤环境质量监测点位布设和样品采集等要求应执行《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166-2004）相关规定，土壤污染物分析测试方法应执行相应的国家环境保护标准。以上监测标准更新时，农用地土壤环境质量标准的监测要求随之更新。2.7补充实施与监督要求本次修订依据新《环境保护法》明确了标准实施和监督的三方面要求：一是各级环保行政主管部门依法履行环保统一监督管理职能，负责监督本标准的实施；二是按照新《环境保护法》第26 条规定的环境保护目标责任制和考核评价制度，以及第28 条规定的环境质量达标管理制度，本标准作为国家环境质量标准应强制实施，实施标准的责任主体是地方各级人民政府；三是考虑到土壤环境问题的特殊性，尤其是大面积农用地土壤污染的治理修复成本过于高昂、不可承受，本标准的实施强调两点原则：首先，农用地土壤环境管理要坚持土壤环境质量反退化原则，土壤中污染物含量低于本标准的，应以控制污染物含量上升为目标，不应局限于&ldquo 达标&rdquo ；其次，农用地土壤环境管理要坚持因地制宜、在保障食品安全前提下治理修复成本最小原则，土壤污染物含量超过本标准的，对相应区域环境质量负责的地方政府应依据新《环境保护法》第32条启动土壤污染详细调查，具体结合超标地区土壤性质、农作物种类等因素进一步开展评估，准确判断可能影响食品安全的关键环节和因素，采取针对性风险管控或土壤修复等措施。