国家科技进步奖公示材料环境保护部华南环境科学研究所.docx
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国家科技进步奖公示材料环境保护部华南环境科学研究所
公示内容
项目名称
稻田镉砷污染阻控关键技术与应用
推荐单位
广东省科学技术厅
完成人
李芳柏、黄道友、马义兵、林玉锁、刘晓文、李永涛、刘代欢、
刘传平、刘承帅、朱奇宏
完成单位
广东省生态环境技术研究所
中国科学院亚热带农业生态研究所
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
环境保护部南京环境科学研究所
环境保护部华南环境科学研究所
华南农业大学
永清环保股份有限公司
推荐单位意见：
我单位认真审阅了该成果提名材料，确认真实有效，相关栏目均符合填写要求。
已经进行公示，无异议。
第一、该成果服务于国家需求，价值重大。
针对我国土壤重金属污染最严重的稻田，历经十余年攻关，以稻米安全为切入点，率先提出了土壤-水稻一体化的镉砷污染阻控的新思路，创建了铁循环调控的镉砷同步钝化技术、硅/硒营养调控的生理阻隔技术，集成了两大核心技术与源头控制等的技术组合，实现了大面积应用。
第二、该成果属国内外重大技术创新，原创性得到高度认可。
两大核心技术的国内外第一件发明专利均由第一完成人申请，形成的两个专利群的授权发明专利数据与质量均处于行业领先地位。
特别是申请了国际发明专利15件，其中9件已经授权。
第三、核心技术的先进性得到高度认可。
核心技术被多个国家土壤重金属污染治理工程采纳，研发的“降镉灵”等多个产品在全国性的技术比选中名列前茅；铁改性生物质炭产品获我国第一个标注了“适合于砷、镉污染水稻土”的土壤调理剂认证。
第四、成果价值得到了学术界与行业的高度认可。
总体成果获得省级技术发明奖一等奖2项与科技进步奖一等奖1项共3项，面向全球的企业奖励：
大北农科技奖环境工程奖（一等奖）1项，获国家专利奖银奖、优秀奖、广东省专利金奖共3项。
鉴于该成果具有重大的国家需要与技术价值，其原创性与先进性得到高度认可，特提名该成果为国家科学技术进步奖二等奖。
项目简介：
我国耕地土壤重（类）金属污染较严重，导致了突出的农产品质量安全问题，其中第一主粮稻米的重金属超标最为严重，以镉/砷超标为主。
稻田特殊的干湿交替过程与大量碳氮养分输入等人类活动，加剧了重金属污染危害。
因此，稻田重金属污染治理是亟待解决的重大国家需求。
美、日、欧的工程修复模式虽实现了土壤污染治理功能，但长期中断农业生产，不适应我国中轻度污染为主的稻田土壤治理需求，人多地少的国情决定了必须边生产边治理。
以酸碱中和、吸附固定为思路的传统技术，带来次生环境风险。
该成果基于稻田地球化学特征，历经十余年攻关，率先提出了土壤-水稻一体化的镉砷污染阻控新思路，阐明了稻田养分循环驱动的污染阻控新原理，创建了低成本、高效率、环境友好的阻控技术，优化了技术应用条件，实现了大面积应用。
对解决我国稻田重金属污染治理难题、保障农产品安全具有重大意义。
取得如下技术创新：
（1）针对酸碱中和钝化等传统技术的次生环境风险，大量施铵态氮与尿素显著影响钝化效果，通过长期的基础研究，发现铁循环是调控镉/砷行为的枢纽，硝酸盐还原明显促进铁循环调控，首创了铁循环调控的稻田镉/砷钝化技术，实现了稻田镉/砷污染的高效率、环境友好治理。
实际成效：
根据上述新原则，研制了铁改性生物质炭“U盾”、铁改性腐殖质“土十调”、养分型钝化剂“袁先生1号”等三个新产品；稻米降镉49.4%，降无机砷35.7%；稻米镉≤0.35mg/kg时，达标率由50%提升至90%；稻米无机砷≤0.30mg/kg时，达标率由60%提升至95%；克服传统技术活化砷的缺陷，突破了其局限于单一重金属钝化的技术瓶颈，增加了土壤有机碳，改良了土壤结构。
（2）针对水稻吸收转运镉的能力较强，发现硅与硒具有调控水稻镉代谢的功能，阐明了硅与硒抑制水稻根系吸收、韧皮部转运镉的生理机制；首创了硅与硒营养调控的生理阻隔技术，开拓了稻田镉砷污染治理的新途径。
实际成效：
研制了硅溶胶“降镉灵”、硒/硅复合“喷喷富”等两个新产品，优化了应用参数；稻米降镉33.7%-37.4%，稻米镉≤0.30mg/kg时，达标率由60%提升至90%。
（3）针对中度污染稻田（稻米镉≤0.60mg/kg时）单项阻控技术难以实现稻米90%达标率的难题，根据土壤中镉/砷活性、水稻富集系数等关键参数，创建了以铁循环钝化技术与生理阻隔技术相结合为主，集成源头控制、水肥调控的阻控技术体系。
大面积应用，中度污染稻米镉达标率由30%提高至90%。
共授权发明专利42件，其中美国、日本、印度等国际发明9件（7件PCT）。
共发表论文143篇，其中SCI收录111篇。
获省级科学技术奖一等奖共3项、中国专利银奖1项与优秀奖1项、大北农科技奖环境工程奖1项。
产品获农业部认证；核心技术已经大规模推广应用，取得了显著的社会经济效益。
培养了国家重大项目首席、国家杰青、国家青年拔尖人才共6人次。
为实现我国中轻度污染稻田安全生产提供了有力的技术支撑。
客观评价：
（一）科技成果奖励
1.总体成果获得省级科学技术奖一等奖共3项。
技术发明奖一等奖2项：
“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”获2016年度广东省技术发明一等奖；“镉铅污染农田原位钝化修复与安全生产技术体系创建及应用”获2014年度湖南省技术发明一等奖。
科技进步一等奖1项：
“广东省典型区域土壤环境质量与农产品安全研究”获2009年度广东省科学技术奖一等奖。
2.总体成果获国家科技部批准设立的、面向全球的企业奖励1项。
“镉砷污染稻田安全利用关键技术及产业化”获2018大北农科技奖环境工程奖。
3.创新点1获国家专利奖银奖。
核心专利1“一种铁基生物炭材料、其制备工艺以及其在土壤污染治理中的应用（201410538633.8）”发明了一种具有特殊零价铁负载结构的生物质炭新材料、热处理还原制备新工艺、土壤镉/砷同步钝化新技术，研制了铁改性生物质炭钝化剂新产品，实现了大规模应用，获2018年度中国专利奖银奖。
4.创新点2获国家专利奖优秀奖与广东省专利奖金奖。
核心专利3“一种可抑制水稻吸收重金属的稀土复合硅溶胶（200610036994.8）”发明了一种弱酸性硅溶胶制备新工艺、稻田镉污染生理阻隔新技术，研制了“降镉灵”硅溶胶新产品，实现了大规模应用，获2016年度中国专利优秀奖、广东省专利金奖。
（二）成果总体水平第三方评价与验收意见
1.广东省科技厅组织了赵进才院士、陈勇院士领衔的鉴定委员会认为：
“该系列发明为红壤区镉砷污染控制与农产品安全生产提供了新技术”；“率先实现了我国红壤区中轻度农田重金属污染的大面积治理，…，取得了显著的社会经济效应”；“…总体达到国际同类研究的先进水平，其中红壤镉砷复合污染同步阻控技术达到国际领先水平。
”
2.依托的国家杰出青年基金“红壤铁循环及其环境效应”（2011-2015）作为优秀项目入选基金委2015年度报告，全委200项杰青课题仅22项入选。
3.科技部农业科技成果转化资金项目“新型环保叶面硅肥的生产技术与应用示范”，2012年完成生理阻隔技术整体应用。
科技部评阅专家认为：
“该项研究是一个十分优秀的、原创性强的重大科研成果，……”。
4.863课题“珠江西北江流域重点防控区稻田土壤重金属污染控制技术与示范”（2012-2017），科技部验收专家组认为：
“…实现了稻田镉/砷同步阻控，具有低成本、高效率的优势，并在珠江西北江流域…推广应用，…”。
（三）高层次人才培养
培养了国家杰青、国家重大项目首席科学家、国家青年拔尖人才共6人次：
该成果获批国家十三五重大研发计划农田重金属污染治理项目群中基础研究、关键技术、应用示范项目共3个（“农田系统重金属迁移转化和安全阈值研究”、“农田重金属污染阻隔和钝化技术与材料研发”、珠三角镉砷和面源污染农田综合防治与修复技术示范）以及2015年国家科技支撑计划项目“重金属超标农田安全利用技术研究与示范”。
（四）国内外权威专家对技术原理的创新性评价与认可
1.应两个知名国际期刊邀请撰写铁循环钝化技术原理综述：
受前国际土壤联合会主席DonaldSparks教授的邀请，在美国农学会权威期刊AdvancesinAgronomy撰写发表了题为“Ironredoxcyclingcoupledtotransformationandimmobilizationofheavymetals:
ImplicationsforpaddyricesafetyintheredsoilofSouthChina”；受欧洲微生物学会权威期刊FEMSMicrobiologyEcology主编MaxM.Häggblom教授邀请，撰写“Microbiallymediatednitrate-reducingFe（II）oxidationunderanoxicconditions”
2.应邀为国际权威期刊EnvironmentalPollution邀请，组织专刊[EnvironmentalandBiogeochemicalBehaviorofHeavyMetalsinFarmlandSoils]
3.硒/硅营养调控的生理阻控技术：
发表在环境工程一区期刊JournalofHazardousMaterials（2009,161,1466-1472）的论文“Foliarapplicationoftwosilicasolsreducedcadmiumaccumulationinricegrains”已引起广泛关注，2010年加拿大土壤学家SukhdevMalhi发表在JournalofTheScienceofFoodandAgriculture的综述文章（2010,90,925-937）整段引用，充分肯定了其新颖性，认为叶面施硅降低稻米镉积累，更加经济高效（FoliarapplicationofSitoreduceCdaccumulationingrainisamoreeffectiveandeconomicalstrategy,ascomparedtoapplicationofSitotheroot）。
4.应邀在国际学术会议作重金属污染控制口头报告12次，在国内作大会报告10次。
特别是2016年在日本举行的国际地球化学大会（Goldschmidt），以稻田铁循环为主题被邀请做了5个口头报告，引领国际稻田铁循环发展。
推广应用情况：
经湖南、广东、广西等省10多年100多个应用区验证，大面积采用单独的稻田铁循环钝化技术、水稻生理阻隔技术、以及钝化+阻隔技术的组合，可降低稻米镉积累30％-75％，降低砷/无机砷积累20%-50%；提高水稻抗逆性，增产5％-20%。
成果完成单位永清环保股份有限公司，2016年以整区承包的方式，承接了国家示范项目的长沙市望城区23.6万亩稻田安全利用技术示范，2017年以效果承包方式承接了望城、湘乡、攸县和浏阳等近4万亩稻田安全利用技术示范，稳居国内农田土壤重金属污染治理面积和业绩前列。
与佛山市铁人环保科技有限公司、北京北方永邦科技股份有限公司等企业进行技术合作开发或授权使用；核心技术推广至全国十多个省区，被多个国家土壤污染防治先行区中采用，实施了大规模推广应用；取得了显著的经济效益和社会效益。
序号
应用单位名称
应用技术
应用对象及规模
应用起止时间
单位联系人/电话
1
湖南省农业资源与环境保护管理站
稻米综合降镉技术
作为主推技术在国家“长株潭”农田重金属治理项目中大规模应用，实现稻米达标生产
2014年至今
刘钦云/137********
2
广西壮族自治区土壤肥料工作站
稻米综合降镉技术
在广西河池国家先行区进行推广，大幅度降低稻米隔砷含量。
2015年至今
陀少芳/0771*******
3
广东省农业环保与农村能源总站
稻米综合降镉技术
作为“韶关先行区”农田土壤重金属治理技术管家服务单位，将阻控关键技术应用于韶关5万亩重金属污染稻田安全利用，同时在广东省进行大面积推广
2015年至今
王斯帆
/139********
4
佛山市铁人环保科技有限公司
叶面阻隔技术
利用叶面阻隔技术，产品获得农业部登记，建立了年产2000吨的阻隔剂生产线，产品销售至广东、广西、湖南、江西等省
2013年至今
黄石光/137********
5
永清环保股份有限公司
治理综合技术
稻米达标率由原先不足50%，提升到近90%；位于国内农田土壤重金属污染治理面积和业绩前列
2015年至今
刘代欢137********
6
北京北方永邦科技股份有限公司
铁基生物炭重金属钝化剂技术
获得国内第一个
田镉砷钝化剂产品认证，大幅度降低土壤中镉/砷的有效性；累计销售铁基生物炭5万多吨。
2013年至今
秦胜涛18337138980
7
湖南新九方科技有限公司
农田土壤重金属污染治理综合技术
承接十多个农田重金污染治理项目；面积超过10万亩；项目实施区稻米达标率超过90%。
2015年至今
成一知/158********
8
广东绿兴生物科技有限公司
铁基腐殖质钝化剂技术
累积销售钝化产品超过1万吨，推广至广东、广西、湖南、江西等省。
2013年至今
江东荣/138********
9
湖南双红农科生态工程有限公司
叶面阻隔技术
公司近三年叶面阻隔剂及稻田镉砷污染治理工程超过100万亩
2016年至今
易红伟/
137********
主要知识产权证明：
知识产权类别
知识产权具体名称
国家
（地区）
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
发明专利有效状态
发明专利
一种铁基生物炭材料、其制备工艺以及其在土壤污染治理中的应用
日本
特许第6339703号
2018.5.18
2016-575236
广东省生态环境技术研究所
李芳柏、崔江虎、刘传平、刘承帅
有效
发明专利
一种铁基-腐殖质复合材料及其在土壤重金属污染治理中的应用
中国
ZL201510390750.9
2017.2.22
2385231
广东省生态环境技术研究所
刘承帅、李芳柏、童辉、刘传平、陈曼佳、
于焕云
有效
发明专利
一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备及使用方法
日本
特许第6360570号
2018.6.29
2016-574887
广东省生态环境技术研究所
刘传平、
李芳柏
有效
发明专利
一种激活稻田土壤硫还原菌活性的重金属镉钝化剂与应用
中国
ZL201610119079.9
2017.5.3
2472347
广东省生态环境技术研究所
李芳柏、刘传平、王向琴、乔江涛
有效
发明专利
一种铁硅硫多元素复合生物炭土壤重金属调理剂的制备方法
中国
ZL201610115576.1
2017.2.22
2385172
广东省生态环境技术研究所
刘传平、李芳柏、王向琴
有效
发明专利
一种可抑制水稻吸收重金属的稀土复合硅溶胶
中国
ZL200610036994.8
2009.3.18
479590
广东省生态环境技术研究所
李芳柏、刘新铭、刘传平、刘同旭
有效
发明专利
一种可以抑制水稻重金属吸收积累生产富硒稻米的硒掺杂纳米硅溶胶的制备方法
美国
US9919978B2
2018.5.20
14/771189
广东省生态环境技术研究所
刘传平、李芳柏、崔江虎、徐向华
有效
发明专利
一种降低镉超标稻田米镉含量的复混肥及制备方法
中国
ZL201110051612.X
2012.6.27
980724
中国科学院亚热带农业生态研究所；湖南省土壤肥料研究所
黄道友、朱奇宏、罗尊长、刘守龙、陈焱国、雷敏、周斌、饶中秀、曹晓玲、朱昌宇
有效
发明专利
一种用于稻田土壤的重金属复合钝化剂及制备方法
中国
ZL201110059264.0
2012.6.27
977705
中国科学院亚热带农业生态研究所
黄道友、朱奇宏、刘守龙、罗尊长、孙楠、饶中秀、朱昌宇、雷敏、曹晓玲、周斌
有效
发明专利
一种钝化修复土壤镉污染的方法
中国
ZL200810239918.6
2011.4.13
759515
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
马义兵、罗磊、韦东普
有效
主要完成人情况：
李芳柏，第一完成人，研究员，博士生导师，广东省生态环境技术研究所。
项目负责人，负责项目的总体设计与实施，对创新点1、2、3均有直接贡献。
是主要知识产权列表中发明专利1-7的主要发明人。
主持了硒/硅营养心里阻隔技术、稻田土壤隔/砷同步钝化的铁循环调控技术及阻控技术体系研发，研制了铁基钝化系列产品及硅溶胶和硒/硅复合溶胶系列产品，技术和产品大规模推广应用。
“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”获2016年广东省科学技术一等奖、“镉砷污染稻田安全利用关键技术及产业化”获2017年大北农科技奖环境工程奖、“一种铁基生物炭材料、其制备工艺以及其在土壤污染治理中的应用”获2018年中国发明专利银奖、“一种可抑制水稻吸收重金属的稀土复合硅溶胶”获2016年中国专利优秀奖，均为第一完成人。
黄道友，第二完成人，研究员、博士生导师，中国科学院亚热带农业生态研究所。
对创新点1、2、3有重要贡献。
是主要知识产权中发明专利8和9的主要发明人，研制了稻田土壤镉砷同步钝化的铁基腐殖质技术和铁/氮耦合的养分型镉砷同步钝化技术及钝化剂，负责技术和产品在湖南的成果转化，推广了生理阻隔与铁基钝化的组合技术。
2014年湖南省技术发明一等奖“镉铅污染农田原位钝化修复与安全生产技术体系创建及应用”的第一完成人、2016年广东省科学技术一等奖“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”的第二完成人。
马义兵，第三完成人，研究员，博士生导师，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所。
对创新点1和3有重要贡献。
是主要知识产权中发明专利10的主要发明人，研制了微量元素复合硅溶胶生理阻隔技术和巯基改性黏土重金属钝化技术。
2016年广东省科学技术一等奖“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”的第三完成人。
林玉锁，第四完成人，研究员，环境保护部南京环境科学研究所。
对创新点3有重要贡献。
在技术实施、风险评价、效果评价及应用推广的技术标准与规范方面做出了创新性贡献。
刘晓文，第五完成人，研究员、博士生导师，环境保护部华南环境科学研究所。
对创新点3有重要贡献，是2件发明专利的主要发明人。
在核心技术推广应用方面做出了创新性贡献。
李永涛，第六完成人，教授、博士生导师，华南农业大学。
对创新点1和3有重要贡献。
参与铁循环调控的镉砷同步钝化技术微生物机理研究，发明了巯基铁基硅基复合型钝化技术和巯基钝化剂，开展了技术成果应用于转化。
2016年广东省科学技术一等奖“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”的第四完成人。
刘代欢，第七完成人，高级工程师，永清环保股份有限公司。
对创新点1和3做出贡献。
在核心技术的大规模推广应用、产品的产业化等做出重要贡献。
刘传平，第八完成人，研究员，广东省生态环境技术研究所。
对创新点1、2、3做出重要贡献。
是主要知识产权中发明专利1-7的主要发明人之一。
参与研制了镉砷同步钝化的铁循环调控技术、硒硅营养生理阻隔技术及阻控技术体系，在产品与技术的可靠性验证、田间实验等方面做出重要贡献。
2016年广东省科学技术一等奖“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”的第五完成人、2018年中国发明专利银奖“一种铁基生物炭材料、其制备工艺以及其在土壤污染治理中的应用”第三完成人。
刘承帅，第九完成人，研究员，博士生导师，广东省生态环境技术研究所。
对创新点1和3有重要贡献。
是主要知识产权中发明专利1和2的主要发明人。
参与研制了镉砷同步钝化的铁基钝化技术与产品。
2016年广东省科学技术一等奖“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”的第六完成人、2018年中国发明专利银奖“一种铁基生物炭材料、其制备工艺以及其在土壤污染治理中的应用”第四完成人。
朱奇宏，第十完成人，研究员，中国科学院亚热带农业生态研究所。
对创新点1和3做出重要贡献。
是主要知识产权中发明专利8和9的主要发明人。
参与研制了稻田土壤镉砷同步钝化的养分型镉砷同步钝化技术及钝化剂，推广验证生理阻隔与铁基钝化的组合技术。
2014年湖南省技术发明一等奖“镉铅污染农田原位钝化修复与安全生产技术体系创建及应用”的第二完成人。
主要完成单位及创新推广情况：
广东省生态环境技术研究所是本成果的第一完成单位，对创新点1、2、3均有重要贡献。
负责项目的整体方案的设计和实施，提出了污染稻田土壤镉砷的土壤-水稻一体化阻控技术方案，阐明了土壤钝化结合生理阻隔结合的阻控新原理，创建了低成本、高效率、环境友好的阻控技术。
研制了基于铁循环的稻田土壤镉砷污染同步钝化技术、硒/硅营养生理阻隔技术，并开展了阻控技术体系构建。
开展了技术与产品的可靠性验证、田间试验、推广应用等。
中国科学院亚热带农业生态研究所为本成果的第二完成单位，对创新点1、2、3均做出了重要贡献。
研制了稻田土壤镉砷同步钝化的铁基腐殖质技术和铁/氮耦合的养分型镉砷同步钝化技术和钝化剂产品；开展了生理阻隔与铁基钝化的组合技术的效果验证与应用示范；负责成果主体技术和产品在湖南的应用、示范及推广，参与实施了我国土壤污染防治行动计划先行区长株潭的重金属污染稻田修复与安全利用。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所为本成果的第三完成单位，对创新点1和3做出了重要贡献。
研制了微量元素复合硅溶胶生理阻隔技术和巯基改性黏土重金属钝化技术，开展了技术的效果验证和应用示范，将成果推广应用于河北、山东等重金属污染农田。
环境保护部南京环境科学研究所为本成果的第四完成单位，对创新点3做出了重要贡献。
主要负责核心技术和产品的效果评价及应用推广，构建了技术实施标准体系，建立了技术和产品的应用效果评价标准。
为稻田镉砷污染治理技术与产品的筛选及技术产品应用效果评价等提供了权威依据。
环境保护部华南环境科学研究所为本成果的第五完成单位，对创新点3做出了重要贡献。
开发了阻控的微生物强化技术，负责技术与产品的大规模推广应用，构建了电子垃圾拆解区以镉砷复合污染稻田阻控技术体系。
永清环保股份有限公司为本成果的第六完成单位，对创新点1和3做出了重要贡献。
参与了项目中核心技术的大规模推广应用、钝化剂产品的产业化，承担了核心技术在湖南省的推广应用，实施的农田土壤重金属污染治理面积和业绩在全国同类企业中排名前列。
完成人合作关系说明：
第一完成人李芳柏（广东省生态环境技术研究所）、第二完成人黄道友（中国科学院亚热带农业生态研究所）、第三完成人马义兵（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所）、第四完成人林玉锁（环境保护部南京环境科学研究所）、第五完成人刘晓文（环境保护部华南环境科学研究所）、第六完成人李永涛（华南农业大学）、第七完成人刘代欢（永清环保股份有限公司）、第八完成人刘传平（广东省生态环境技术研究所）、第九完成人刘承帅（广东省生态环境技术研究所）、第十完成人朱奇宏（中国科学院亚热带农业生态研究所）共同完成的成果“稻田镉砷污染阻控关键技术与应用”申请2019年度国家科学技术进步奖。
第一完成人李芳柏与黄道友、马义兵、李永涛、刘传平、刘承帅，共同完成“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”成果，获2016年广东省科学技术一等奖。
第一完成人李芳柏与刘传平、刘承帅均来自第一完成单位广东省生态环境技术研究所的同一课题组，合作完成了主要知识产权列表中的7件发明专利。
第一完成人李芳柏与第二完成人黄道
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