中国科学院南京土壤研究所土壤污染修复等相关领域的技术成果.docx

1、中国科学院南京土壤研究所土壤污染修复等相关领域的技术成果土壤所概况、有关土壤污染修复方面的工作介绍中国科学院土壤研究所概况中国科学院土壤研究所成立于1953年，其前身为1930年创立的中央地质调查所土壤研究室。自成立以来，土壤研究所一直肩负着为中国农业发展和生态环境建设服务的重任，凝聚和培养了一大批优秀人才，面向全国的土壤资源，开展了一系列卓有成效的研究工作，先后荣获国家级科技奖励50余项，省部级科技奖励200余项，已成为在土壤科学领域研究实力雄厚、分支学科齐全并在国际上享有较高声誉的国家级研究中心和高级人才培养基地，为我国乃至世界土壤科学的发展做出了重要贡献。土壤研究所的发展目标是面向农业可

2、持续发展和生态环境建设中的国家需求，以土壤资源与管理、土壤肥力与调控、土壤环境与健康、土壤生物与安全为核心研究领域，在中国科学院现代农业科技创新基地、生态与环境科技创新基地的组织下，推动系列重大科研计划的实施，参与国家重大科研项目的竞争，为我国土壤资源合理利用、农业可持续发展和生态环境建设提供决策依据和技术支撑。土壤研究所现有在编在职308人，其中专业技术人员247人。包括中科院院士2人，研究员45人，副高级研究人员69人，中初级研究人员131人。国家杰出青年基金获得者6人，“百人计划”及“引进国外杰出人才”入选者10人，国家“百千万人才工程”6人，国家自然科学基金委委员会和中国科学院国际合作

3、伙伴计划团队各1个。 作为国家首批具有硕士和博士学位授予权的单位之一，目前拥有1个农业资源利用一级学科博士学位授予点，生态学和环境学2个专业博士学位授予点，拥有土壤学、植物营养学、生态学、环境科学、资源环境与遥感信息、地图学与地理信息系统、水土保持与荒漠化防治7个硕士授予点，并建有1个博士后流动站。现有在读博士研究生120多人，硕士研究生126人。已累计培养研究生800多名。围绕土壤资源与管理、土壤肥力与调控、土壤环境与健康、土壤生物与安全4大重点领域，拥有土壤与农业可持续发展国家重点实验室、中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室、土壤资源与遥感应用研究室、土壤植物营养与肥料研究室、土壤化学与

4、环境保护研究室、土壤物理与盐渍土研究室、土壤生物与生化研究室、土壤与环境生物修复研究中心、土壤利用与环境变化研究中心、农业生态与区域发展研究中心、封丘农业生态国家实验站、红壤生态国家实验站（国家红壤改良工程技术研究中心）、常熟农业生态国家实验站、三峡工程生态环境秭归实验站、 CERN土壤分中心、土壤所、浸会大学土壤与环境联合开放研究实验室。此外，我所还主办被SCI收录为源刊的PEDOSPHERE（土壤圈）以及土壤学报、土壤等3份学术期刊；图书馆是联合国粮农组织的特约图书馆，藏有中外文书籍和期刊23万册；土壤标本馆保存和列了我国不同类型及部分其他国家的近6万号土壤标本；土壤与环境分析测试中心是国

5、家质量技术监督局认定的国家计量认证合格单位。另外，中国土壤学会、全国土壤质量标准化技术委员会和省土壤学会挂靠在我所。自2000年开展知识创新工程以来，先后主持承担了国家“973”项目4项，科技基础性工作专项1项，重大科技专项课题2项，“863”重大、重点项目10项，科技支撑计划项目1项和课题10余项，公益性行业科技重大专项4项，国家自然科学基金重大项目2项、国际合作重大项目9项等一大批国家重大科技任务，充分体现了我所在土壤学及其相关研究领域的主导地位和整体竞争实力。近5年来，获得2项国家自然科学奖、13项省部级科技进步奖，累计发表SCI论文近千篇，国核心期刊论文1440余篇，出版学术专著25部

6、，有56项发明专利获得授权。土壤研究所先后与30多个国家和地区建立了合作研究关系，与英国洛桑试验站、格兰作物科学研究所、日本农业环境研究所、澳大利亚Melbourn大学、Griffith 大学等一批国际著名研究机构和大学签订了长期全面合作协议。拥有与浸会大学共建的土壤与环境联合开放研究”实验室，并作为全球数字土壤制图亚洲中心，承担领导亚洲地区数字土壤制图的工作。开展土壤污染修复与治理方面的有关技术成果（1）相关技术成果中国科学院土壤研究所长期从事土壤环境保护方面的研究与技术研发工作，是我国最早成立专门研究土壤环境保护研究室的科研单位，长期开展土壤环境保护方面的研究与研发工作，推动了我国土壤环境

7、保护研究的发展。自80年代起，即倡导并在中国土壤学会建立了“土壤污染与控制专业委员会”。通过在土壤环境保护方面的长期、大量的研究工作，取得了一系列研究成果。现在拥有中国科学院重点实验室土壤环境与污染修复重点实验室和亚洲土壤修复技术研发中心。取得的相关成果包括：“我国食道癌发病情况和流行因素”和“启东肝癌防治研究”获1978年全国科学大会奖，后者又获卫生部奖励。“环境污染与防治”获1978年科学大会奖。“城市地区土壤若干元素背景值研究”获1980年中国科学院重大科技成果三等奖。“湘江流域土壤重金属及农药污染的研究”获1984年中国科学院重大科技成果二等奖。“环境污染分析方法的研究及其标样的研制”

8、获1985年国家科技进步三等奖。“土壤环境容量研究”获1991年中国科学院科技进步二等奖。“土壤-植物系统中的重金属污染”获1998年中国科学院自然科学二等奖，“土壤中有机化学品微生物降解的动力学建模与相似性”获1999年中国科学院自然科学二等奖。自上世纪80年代以来，中国科学院土壤研究所即在南方红壤研究地区开展了“重金属污染土壤的修复治理、有机污染物的处理和应用、花生连作障碍修复、低产田地肥力与生态重建等一系列长期定位研究，获得了大量的研究成果：“中国南方红壤酸化的预测和防治研究”获1998年度农业部科技进步三等奖，“红黄壤地区综合治理和农业持续发展研究”获2002年度国家科技进步二等奖，“

9、红壤退化机制与防治”获2004年度省科技进步一等奖和2005年度国家科技进步二等奖，“土壤质量演变与持续利用”获2005年省自然科学一等奖。中国科学院土壤研究所自70年代起，在全国率先开展了土壤元素背景值的调查与研究工作，在土壤元素背景值的采样、分析、质量控制和数据处理等方面建立了系统的规性方法，为我国土壤元素背景值的调查研究培训了大量人才。具有培养在土壤学、污染化学、生物学、生态学、植物营养学和污染修复学等学科领域培养博士研究生的能力，已经培养了大批从事土壤、土壤污染修复等学科的科技人才，并取得了一系列创新性研究成果中国科学院土壤研究所是国家攻关任务“土壤环境容量研究”的核心单位之一，完成了

10、以植物（小麦、水稻）和微生物为指标的黄棕壤和红壤中As、Cd、Cu、Pb以及太湖地区白土和青紫泥中Cu和Cd的土壤临界值研究，建立了环境容量研究的系统方法。长期关注工矿企业及其周边的土壤污染问题，先后在、广西、天津、和等省市开展了工矿污染调查及其对策研究。自上世纪90年代，中国科学院土壤研究所开展了污染土壤植物修复方面的研究工作。1998年9月“全球土壤修复网络亚洲中心”成立并挂靠土壤所。与浸会大学合办的“土壤与环境联合开发研究实验室”也于1998年揭牌成立。主持召开了四届国际土壤污染与修复大会（Soil Rem）。2002年建立了土壤与环境生物修复研究中心，2007年成立了土壤环境与污染修复

11、重点实验室，并于2008年成为中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室。（2）相关成果主要创新技术发展了经济可行的污染土壤修复与控制技术。通过系统研究，我们发展了污染土壤生物修复技术。首次发现了镉超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola X. H. Guo et S. B. Zhou sp. nov.)；将功能微生物高效氧化硫硫杆菌(T. thioxidans)和VAM真菌(G. caledonium)引入土壤污染修复中，开发了基于植物-微生物-菌根高效生态修复载体的重金属污染土壤修复技术，将萃取土壤重金属的效率提高3-5倍(发明专利ZL8.9)；首次分离筛选得到一株产漆酶

12、活性的真菌菌株Monilinia sp. W5-2，深入研究了污染土壤中PAHs的漆酶降解转化效应与机理，提示了PAHs污染土壤真菌酶学转化的可能性。系统发展了重金属污染土壤的电动修复技术。开展了从小试到中试、从单元素到多元素的电动修复研究，发展了基于化学调控和联合修复的污染土壤电动修复理论和技术，并评价了电动修复后土壤生物学性质的变化。近年来，针对日益突出的城市工业企业搬迁后的污染场地，包括制Cr工业、化工厂等，研发了重金属污染土壤的电动修复技术，优化了条件。中试试验表明，电动处理3个月后土壤铜浓度已低于中国土壤环境质量III级标准，并相继发展了电动化学、电动反应墙和电动植物等联合修复重金属

13、污染土壤的方法。集成和优化了污染土壤修复成套技术，建立了试验示基地。研发了一种高效、低毒和低环境风险的重金属污染土壤修复制剂(发明专利ZL0.3)，在土壤污染修复中具有良好的应用效果和较低的环境风险；提出了中低重金属及有机复合污染土壤的化学诱导植物修复技术；中低重金属、高有机复合污染土壤的化学氧化植物修复技术；高浓度重金属与中低有机复合污染土壤的化学淋洗植物修复技术。另外，我们也筛选了一些重金属污染土壤的改良剂，发现含硅工业废物、粘土矿物、有机质等对重金属污染土壤有显著的改良效果。研发了多种有机-无机材料作为修复改良剂，选用先锋植物，获得了较好的尾矿植被重建条件，成功在德兴铜矿尾矿库进行了土地

14、复垦试验，为矿区尾矿砂治理和功能恢复提供了重要基础性资料。针对因为铜冶炼引起的富阳重金属污染农田，在国家863项目等的支持下，开展了采用铜草、香根草、黑麦草等的植物修复技术研究，筛选了优势铜富集或耐性植物。在省富阳建立了我国第一个Cu污染土壤的植物修复基地，为重金属污染土壤治理技术的研发和推广起到了良好的示作用。应用化学改良剂，进行了重金属污染土壤的络合诱导修复研究，并对修复后植物的处理技术进行了探讨，特别是对这些植物进行资源化利用，得到了一些药用制剂以及微肥。评价了典型区土壤污染生态环境风险和人体健康风险。通过分析省以及余江县集约化养殖畜禽饲料和粪肥的重金属含量，发现Cu、Zn、Cd等的重金

15、属污染严重，其农用后在土壤和作物中均有明显累积。所以在像红壤这类Cd敏感性土壤上使用有机肥宜适量控制。揭示了长三角地区典型电子垃圾废弃物场地农田土壤持久性有机污染物在农产品中的富集特征。污染场地土壤上半数以上的蔬菜(瓜果)样品存在PCBs和PAHs的生物富集，并在鸡、鸭、鱼、青蛙等几种动物体生物放大，出现了食物链积累态势。采用同位素稀释高分辨率气相色谱-质谱方法(HRGC/HRMS)，评价了该地区农田土壤中多氯代二苯并二噁英(PCDDs)/呋喃(PCDFs)的污染特征、生物富集及潜在健康风险。采用BIOLOG、PLFAs及PCR-DGGE技术，研究了长三角两个典型复合污染高风险区农田土壤的微生

16、物群落功能、结构及分子遗传多样性变化规律，发现重金属复合污染对微生物群落遗传多样性的胁迫作用主要是通过影响群落中一部分敏感种群来实现，而PCBs复合污染则影响土壤微生物群落的分子遗传多样性。基于人体健康效应，构建了长江三角洲地区农田土壤Cd、Pb、Cu和Zn临界负荷的稳定质量平衡模型和简单动态模型，以及土壤使用年限确定的估算模型。提出了污染区稻米Cd积累的评价预测方法，并对重金属污染农田进行了健康风险评估，确定了土壤重金属的临界值，为污染土壤风险管理和修复决策提供了科学依据。上述成果被中国环境保护宏观战略研究中土壤环境保护专题的战略报告采用。3相关的工程经验中国科学院土壤研究所集成和优化了重金

17、属污染土壤修复成套技术。相关的工程主要有：（1） 江铜贵冶周边农田新材料修复治理重金属污染土壤试验示工程。中国科学院土壤研究所在省贵溪市滨江乡栢里村九牛岗（义门家）组重金属污染的农田建有小面积的新材料修复治理重金属污染土壤试验示工程。开展新材料修复重金属污染土壤的集成试验示。通过田间原位试验示，研究微纳米级羟基磷灰石、烧土、竹炭、木炭、蒙脱石等多种原生矿物改良剂混合使用，对重金属Cu和Cd复合污染土壤的修复效果。改良剂处理使污染土壤重金属Cu离子交换态(EXC态)含量第一年降低了99.66 mg/kg（土壤），第二年降低了84.96 mg/kg。各种改良剂均不同程度地增加了毒性居中的碳酸盐结合

18、态(CA态)、铁锰氧化物结合态(Fe-Mn态)、有机结合态(OM态)，使Cu、Cd由植物可利用态向潜在可利用态转变。（2）省德兴铜矿矿尾矿库土地复垦试验工程。采用蒙脱石、沸石、泥炭等多种无机-有机等材料混合制作改良剂，选用先锋植物，获得了较好的尾矿植被重建条件，成功在德兴铜矿尾矿库进行了土地复垦试验，为矿区尾矿砂治理和功能恢复提供了重要基础性资料。（3） 省富阳建立了我国第一个Cu污染土壤的植物修复工程基地。中国科学院土壤研究所研发一种高效、低毒和低环境风险的重金属污染土壤修复制剂(发明专利ZL0.3)，在土壤污染修复中具有良好的应用效果和较低的环境风险；提出了中低重金属及有机复合污染土壤的化

19、学诱导植物修复技术；中低重金属、高有机复合污染土壤的化学氧化植物修复技术；高浓度重金属与中低有机复合污染土壤的化学淋洗植物修复技术。针对因为铜冶炼引起的富阳重金属污染农田，在国家863项目等的支持下，开展了采用铜草、香根草、黑麦草等的植物修复技术研究，筛选了优势铜富集或耐性植物。在省富阳建立了我国第一个Cu污染土壤的植物修复基地，为重金属污染土壤治理技术的研发和推广起到了良好的示作用。4.中国科学院土壤研究所相关技术实力. （1）相关的设施、仪器设备情况中国科学院土壤研究所下属的中国科学院红壤生态实验站拥有大量的长期试验与示基地，有先进的分析仪器与相关的野外试验监测网络，包括气相色谱仪、高效液

20、相色谱仪、原子吸收光谱仪、流动分析仪，元素分析仪、离子色谱仪、原子荧光光度计、岛津紫外/可见分光光度计等，能够承担综合性的土壤、水和植物的检验检测。中国科学院土壤研究所下属的土壤与环境测试分析中心拥有国家计量认证，拥有一流的检测仪器设备，如菲尼根MAT253同位素质谱仪，菲利普场发射扫描电镜，热电等离子光谱质谱仪，安捷伦气相色谱仪、气质谱联用仪、沃特斯高效液相色谱仪、瓦里安原子吸收光谱仪、流动分析仪，元素分析仪、戴安离子色谱仪、原子荧光光度计、岛津紫外/可见分光光度计、定氮仪、全自动电位滴定仪、微波消解仪、等等，能够承担综合性的土壤、水和植物的检验检测。检测实验室办公室及试验室建筑面积约300

21、0平方米，可从事土壤、水和植物的理化分析，微量元素和重金属元素分析，有机物残留分析，水质、土壤等环境的质量检测以及土壤和环境样品的碳、氮稳定同位素质谱分析，是可以进行第三方检测的机构。这些为本项目的开展提供了良好的条件、试验示平台和大量的数据资料。相关主要仪器设备：序号设备名称型号产地性能指标和主要用途购置时间价格万元1 同位素质谱仪MAT253美国Finnigan/MAT质谱公司碳、氧、氮同位素比值的测定2004.122952 扫描电镜Sirion 200荷兰的FEI 仪器公司观察物体的微观结构2004.122093 同位素质谱仪MAT251美国Finnigan/MAT质谱公司与电镜结合使用

22、进行半定量和定性分析1988.11154 气质联用仪Saturn 2000美国瓦里安公司有机物的分离及定性定量测定2004.4815 气质联用仪安捷伦7890A-GC/5975C美捷伦科技公司用于测定土壤有机污染物2008.4766 等离子发射光谱仪IRIS Advantage美国热电公司土壤与环境样品中微量元素及重金属的测定2002.5667 液相色谱仪WATERS2695美国WATERS公司挥发性有机污染物的测定2002.12558 原子吸收分光光度计AA220FS220Z美国瓦里安公司土壤重金属元素的测定2002.7529 N/CN元素分析仪Vario Max CN德国Elementar

23、 公司测定固体粉末样品中的 C、N含量2005.105110 地质雷达RamacX3M瑞典MALA GEOSCIENCE公司探测目的体及地层与土层结构2005.105111 高效液相色谱仪1100美捷伦科技公司用于有机环境样品的定性、定量分析2005.104612 全自动加速萃取系统ASE200美国戴安公司用于固体、半固体样品中有机污染物的快速高效全自动的萃取2005.104513 连续流动分析仪San+ system荷兰Skalar 公司测定水、土壤或植物等环境样品中的离子含量2003.84214 能谱仪204B美国的EDAX仪器公司与电镜结合使用进行半定量和定性分析2004.124215

24、荧光定量PCR检测仪Option2美国MJ公司用于核酸的定量分析2005.104016 激光粒度分析仪LS-230美国BECKMAN COULTER公司用于分析土壤颗粒的粒径2002.124017 气相色谱仪6890美捷伦科技公司用于有机污染物测定2001.123818 总有机碳自动分析仪Multi N/C3000德国耶拿 仪器公司用于环境水样的总有机碳和总氮的分析2002.103619 原子吸收分光光度计VARZO 6美国瓦里安公司土壤中金属元素的测定2003.43220 毛细管电泳仪P/ACE System 5000美国BECKMAN COULTER公司无机离子、有机化合物的定量分析199

25、6.75521 细菌鉴定系统D-CODE美国Bio-Rad公司用于微生物遗传多样性分析2002.73222 高速冷冻离心机AvantiTM J-30I美国BECKMAN COULTER公司用于样品高速离心2002.1231.中国科学院土壤研究所类似项目（课题）成果业绩主要有：（一）近5年承担的与本项目类似的部分技术研发成果等（1）发表论文1) 朱凤连, 周静, 马友华, 等. 水体重金属污染状况及其与养殖场排污之间关系的探讨. 农业环境与发展, 2007, (6): 19-212) 周静, 键, 梁家妮. 冶炼厂综合堆渣场周边水质和稻米重金属污染状况评价研究. 华北农学报, 2008, 23(

26、增刊): 349-3523) 梁家妮, 马友华, 周静. 土壤重金属污染现状与修复技术研究. 农业环境与发展, 2009, (4): 45-494) 梁家妮, 周静, 马友华, 等. 冶炼厂综合堆渣场下水田重金属污染特征与评价. 农业环境科学学报, 2009, 28(5): 877-8825) 梁家妮, 周静, 键, 等. 冶炼厂综合堆渣场周边菜地重金属分布特征与污染评价. 农业环境与发展, 2009, 26(2): 84-876) 杜志敏, 周静, 郝建设, 等. 4种改良剂对土壤-黑麦草系统中镉行为的影响. 生态环境学报, 2010, 19(11): 2728-27327) 红标, 周静,

27、 杜志敏, 等. 磷灰石等改良剂对重金属铜镉污染土壤的田间修复研究. 土壤, 2010, 42(4): 611-6178) 红标, 梁家妮, 玉超, 等. 磷灰石等改良剂对铜污染土壤的修复效果研究对铜形态分布、土壤酶活性和微生物数量的影响. 土壤, 2011, 43(2): 247-2529) 杜志敏, 周静, 红标, 等. 磷灰石等改良剂对土壤-黑麦草系统中铜行为的影响. 环境化学, 2011, 30(3): 673-67810) 红标, 田超, 周静, 等. 纳米羟基磷灰石对重金属污染土壤Cu/Cd的形态分布及土壤酶活性影响. 农业环境科学学报, 2011, 30(5): 874-8801

28、1) 王汉卫, 王玉军, 杰华, 等. 改性纳米碳黑用于重金属污染土壤改良的研究. 中国环境科学, 2009, 29(4): 95-10012) 石福贵, 郝秀珍, 周东美, 等. 鼠糖脂与EDDS强化黑麦草修复重金属复合污染土壤. 农业环境科学学报, 2009, 28(9): 1818-182313) 王意琨，郝秀珍，王玉军，等. 凹凸棒土_腐植酸复合体对Pb（II）的吸附特性及机理研究. 农业环境科学学报，2009，28（11）：2324-232714) 杰华，王玉军，王汉卫，等. 基于TCLP法研究纳米羟基磷灰石对污染土壤重金属的固定. 农业环境科学学报，2009，28（4）：645-6

29、4815) 仓龙，周东美，吴丹亚. 水平交换电场与EDDS螯合诱导植物联合修复Cu/Zn污染土壤. 土壤学报，2009，46（4）：729-73516) Luo XS, Li LZ, Zhou DM. Effect of cations on copper toxicity to wheat root Implications for the biotic ligand model. Chemosphere, 2008, 73: 401-40617) Li LZ, Zhou DM, Wang P, et al. Predicting Cd partitioning in spiked soil

30、s and bioaccumulation in the earthworm Eisenia fetida. Applied Soil Ecology, 2009, 42: 118-12318) Hao XZ, Zhou DM, Huang DQ, et al. Heavy metal transfer from soil to vegetable in Sourthern Jiangsu province, China. Pedosphere, 2009, 19(3): 305-31119) Wang QY, Zhou DM, Cang L, et al. Application of bi

31、oassays to evaluate a copper contaminated soil before and after a pilot-scale electrokinetic remediation. Environmental Pollution, 2009, 157: 410-41620) Zhou DM, Wang YJ, Wang HW, et al. Surface modified nanoscale carbon black used as sorbents for heavy metals of Cu(II) and Cd(II). Journal of Hazardous. Materials, 2010,174: 34-3921) Li P, Wang XX, Zhang TL, et al. Effects of several amendments on rice growth and uptake of copper and cadmium from a contaminated soil. Journal o