澳大利亚外来入侵物种管理策略及对中国的借鉴意义

黄波, 毕坤, 张艳萍, 李成玉, 关昕, 王全辉

农学学报. 2020, 10(11): 96-100

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农学学报 ›› 2020, Vol. 10 ›› Issue (11) : 96-100. DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0144
三农问题研究/农村产业结构

澳大利亚外来入侵物种管理策略及对中国的借鉴意义

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Australian Management Strategy for Invasive Alien Species and Its Reference to China

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摘要

澳大利亚是一个典型的岛屿国家,地域辽阔。18世纪欧洲移民时期至今,新移民为澳大利亚带来了大量外来物种,其中一部分在很大程度上丰富了澳大利亚的农产品种类,但也有很多物种已经成为危害自然生态环境和农牧业发展的有害入侵物种。澳大利亚政府高度重视外来入侵物种和本国生物资源的管理工作,建立了完善的政策法规、管理机构、技术支撑、资金保障、公共教育体系,在国际生物多样性保护与利用方面处于世界领先水平。本文简要介绍了澳大利亚外来入侵物种管理的有关策略和指南,并阐述了对中国的借鉴意义：（1）建立完善国内生物多样性保护特别是外来入侵物种防控的法律法规体系;（2）建立健全国内生物多样性管理长效机制;（3）建立高效生物多样可持续管理资金保障体系;（4）构建全方位全民参与的生态保护宣传培训体系;（5）强化科学技术对生物多样性管理的支撑作用。

Abstract

Australia is a typical island country with a vast territory. Since the 18th century, Australia has introduced a large number of alien species, including some valuable species of animals and plants. However, many of these alien species have become harmful to agricultural production and biodiversity. Australian government has paid attention to the management of alien invasive species and local bio-resources, and established comprehensive policy and regulation, management agencies, technical support, funds supervision, public education system, and is in the leading level of the international biodiversity conservation and utilization. This paper briefly introduced the relevant strategies and guidelines of Australian agricultural biodiversity conservation and management, and indicated the significant reference to China: (1) to establish and improve China’s biodiversity conservation laws and regulations system; (2) to establish and improve the long-term mechanism of China’s biodiversity management; (3) to establish an efficient and sustainable supervision system of biodiversity funds; (4) to establish the comprehensive and the whole people participating ecology protection and advocacy training system; (5) to strengthen the supporting role of science and technology in the biodiversity management.

关键词

澳大利亚 / 外来入侵物种 / 生物多样性管理

Key words

Australia / Invasive Alien Species / Biodiversity Management

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黄波 , 毕坤 , 张艳萍 , 李成玉 , 关昕 , 王全辉. 澳大利亚外来入侵物种管理策略及对中国的借鉴意义. 农学学报. 2020, 10(11): 96-100 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0144
Huang Bo , Bi Kun , Zhang Yanping , Li Chengyu , Guan Xin , Wang Quanhui. Australian Management Strategy for Invasive Alien Species and Its Reference to China. Journal of Agriculture. 2020, 10(11): 96-100 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0144

0 引言

工业的发展带来了经济的进步，但是与此同时，也对环境造成了严重的污染，破坏了周围的生态，影响了居民健康生活。工业污染与其他污染方式最大的不同在于工业生产可能会造成土壤重金属污染。重金属污染的特点在于重金属元素易被吸附、解吸、吸收、转化，因此很难在环境中降解，一旦进入人体，会在某些器官中富集，造成器官衰竭[1]。镉污染是重金属污染中常见的一种，这种重金属元素一旦进入到土壤中，会停留在土壤表面，同时一部分镉元素也会进入到植物当中，影响土壤地表植被生长[2]。在此背景下，如何移除净化土壤重金属镉成为土壤污染治理的一项重点项目。
目前，关于土壤重金属镉污染的治理在很多文献中都提出了解决方法。例如，尹静玄等[3]在其研究中提到了一种耐镉细菌联合电动技术，利用该技术进行镉污染土壤的修复工作。在该研究当中，首先在镉污染土壤中接种3种耐镉细菌，然后通过自制实验装置以10 V/cm电压梯度通电10 h，最后通过检测得出土壤中镉元素去除率，以此实现镉污染土壤修复。曾星等[4]提出了一种植物修复技术，在该研究中分析了龙葵对镉的富集特性并对其生理响应进行了分析。罗宁临等[5]基于聚糖（改性）-沸石研究了一种钝化剂，并以Cd污染的红壤水稻土为对象，进行钝化实验，得出Cd含量数据，分析钝化剂的去除镉元素的效果。
基于前人研究经验，本研究选取MSC-IDA（磁性固体螯合剂），开展移除净化试验，以验证MSC-IDA的应用效果。以期为土壤重金属污染的治理提供参考和建议。

1 试验材料与设备

1.1 试验材料

MSC-IDA（磁性固体螯合剂）的移除净化技术研究所需要的试验材料如表1所示。
表1 试验材料
名称 规格 生产企业
四氧化三铁 分析纯 天津博迪化工股份有限公司
四乙氧基硅烷 分析纯 天津市福晨化学试剂厂
γ-氨丙基三乙氧基硅烷 分析纯 湖北武大有机硅新材料股份有限公司
氯乙酸钠 分析纯 天津市光复精细化工研究所

1.2 试验设备与仪器

试验中所使用的相关设备和仪器如表2所示。
表2 试验设备与仪器
名称 型号 生产企业
电热鼓风干燥箱 101型 北京市永光明医疗机械厂
电子天平 BS 224 S 北京赛多利斯仪器系统有限公司
台式高速离心机 TG16 长沙英泰仪器有限公司
超声波清洗器 KQ-500E 江苏省昆山市超声仪器有限公司
原子吸收光谱仪 ZEEnit700P 德国耶拿分析仪器股份有限公司
台式恒温振荡器 THZ-C 太仓市华美生化仪器厂
磁力搅拌器 FlatSpin 大龙兴创实验仪器有限公司
振动磨研样机 RK/XZN-100 武汉洛克粉磨设备制造有限公司

1.3 试验样品的采集与处理

为保证MSC-IDA（磁性固体螯合剂）对土壤重金属镉污染移除净化通用性，从3个重金属镉污染地区采集实验样品，并进行处理，以符合后续试验需要[6]。具体过程如下。
步骤1：选取试验样品采集地点，即某地区某冶炼厂附近废弃地、某工业城市河流岸边以及某市蔬菜基地表层土壤(0~20 cm)。
步骤2：从这3个地点按照梅花点采样法采集0~20 cm之间的表层土壤，如图1所示[7]。
图1 梅花点采样法

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步骤3：将采集法5个采样点样本混合在一起，并剔除其中的植物残渣及大石块。
步骤4：将试验样品依次放入到电热鼓风干燥箱当中进行干燥脱水处理。
步骤5：对干燥处理后的土壤样本利用振动磨研样机进行粉碎处理。
步骤6：使用50、100、200目尼龙筛对研磨后的土壤进行反复过筛。
步骤7：利用电子天平称取100 g样本，利用原子吸收光谱仪测试重金属镉污染样本净化前含有重金属镉元素的含量[8]。
步骤8：利用电子天平称取100 g样本作为净化后重金属镉元素含量测试样本，并放入塑封袋中密封保存。
步骤9：将塑封袋放入4℃冰箱内冷藏，等待备用。
试验样品经过处理后共得到三大类样本，即从某地区某冶炼厂附近采集的土壤为样本1、某工业城市河流岸边采集的土壤为样本2，某市蔬菜基地表层土壤采集的土壤为样本3。这三类样本经过处理后才能满足后续净化操作的规范和需要，否则会影响测试的准确度。

1.4 MSC-IDA（磁性固体螯合剂）制备

在完成试验样品的采集与处理后，制备MSC-IDA（磁性固体螯合剂），具体过程如图2所示，将制备好的MSC-IDA放入冰箱，冷藏，备用[9]。
图2 MSC-IDA（磁性固体螯合剂）制备流程

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1.5 移除净化技术

以1.2和1.3取得的试验样品和MSC-IDA为基础，进行移除净化试验[10]。具体过程如下。
步骤1：利用电子天平称取20 g重金属镉污染的土壤样本，并放入离心管当中。
步骤2：在烧杯当中加入不同浓度的MSC-IDA。
步骤3：利用磁力搅拌器将MSC-IDA与土壤样本充分混合[11]。
步骤4：将土壤样本放入台式恒温振荡器中以 220 r/min的速度进行振荡。
步骤5：振荡后，取出样本，等待下一步的重金属镉元素含量检测。
由于需要测试4种不同条件下土壤重金属镉污染移除净化效果，因此本研究的移除净化技术具体可以划分为4种方案，每种方案的条件都不同，如表3所示[12]。
表3 土壤重金属镉污染移除净化方案参数设置
条件 方案1 方案2 方案3 方案4
样本/个 3 3 3 3
温度 室温 室温 室温 室温
螯合剂浓度/(mol/L) 0.05 0.01、0.05、0.10、0.20 0.05 0.05
净化时间/min 60 60 0~120 60
粒径/目 50 50 50 50、100、200

1.6 重金属镉元素含量检测

以上4组移除净化方案处理结束后，再进行土壤样本净化后重金属镉元素含量检测。具体过程如下。
步骤1：从振荡器中取出净化后的土壤样本，并将其置于离心管当中。
步骤2：将离心管放入台式高速离心机中，并在4000 rpm/min速度下离心10 min，得到上清液[13]。
步骤3：将上清液放入原子吸收光谱仪的样品室当中，进行重金属镉元素含量检测，具体过程如图3所示[14]。
图3 重金属镉元素含量检测流程

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步骤4：利用公式(1)~(2)计算土壤样本中重金属镉元素去除率。
Y=F×Gζ×10-3
(1)
式中， Y代表土壤样本中重金属镉元素含量； F代表上清液当中重金属镉元素浓度； G代表磁性固体螯合剂浓度； ζ代表土壤样本质量[15]。
Z=Y1-Y2×Vζ×100%
(2)
式中， Y1、 Y2代表土壤重金属镉污染移除净化前后的镉含量； V代表磁性固体螯合剂体积； Z代表去除率, ζ代表土壤样本质量[16]。
基于计算得出的去除率，对MSC-IDA的净化效果进行分析。

2 结果与分析

2.1 方案1条件下MSC-IDA的应用效果分析

方案1为温度、螯合剂浓度、净化时间以及粒径等条件相同的条件下，MSC-IDA对不同样本的去除净化效果。由图4a可见，净化前，3种土壤样本中包含的重金属镉含量均超出《土壤环境质量标准 农用地土壤污染风险管控标准》（试行）(GB15618—2018)给农用地污染风险筛选值，按照污染严重程度排序为：样本1>样本2>样本3；在净化条件相同的情况下，向50目3种土壤样本中加入0.05 mol/L MSC-IDA，净化60 min，发现3个土壤样本中重金属镉含量均明显减少。由图4b可见，去除率由高到低排序为：样本1>样本2>样本3。说明MSC-IDA对重金属镉污染越重的土壤，去除效果越好。
图4 方案1下MSC-IDA的应用效果分析

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2.2 方案2下MSC-IDA的应用效果分析

方案2在温度、螯合剂浓度、净化时间以及粒径等条件相同的条件下，测试的是0.01、0.05、0.1、0.20 mol/L 4种不同MSC-IDA浓度下，MSC-IDA对土壤重金属镉污染移除净化效果。结果如图5所示。从图5中可以看出，随着MSC-IDA的浓度的增大，重金属镉元素去除率在不断上升，但是当超过0.1 mol/L之后，重金属镉元素去除率上升幅度逐渐趋于平缓，0.20 mol/L浓度MSC-IDA与0.1 mol/L浓度的MSC-IDA区别并不大，这与范力仁等[17]研究MSC-IDA材料用量对吸附量及溶液中镉离子去除率的趋势一致。随着MSC-IDA的浓度的增大，样本1的重金属镉元素去除率上升幅度最大，其次是样本2，最后是样本3。说明MSC-IDA浓度小于0.1 mol/L时，重金属镉去除率与MSC-IDA浓度的变化呈正比，而当MSC-IDA浓度达到0.1 mol/L时，MSC-IDA对重金属的去除率达到最高，MSC-IDA浓度超过0.1 mol/L时，对重金属的去除率趋于平缓。由此可见，配制0.1 mol/L浓度的MSC-IDA对重金属镉的去除效果最理想，也最经济。
图5 方案2下MSC-IDA的应用效果分析

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2.3 方案3下MSC-IDA的应用效果分析

方案3中，自变量条件为0~120 min不同净化时间，因变量为MSC-IDA对土壤重金属镉污染移除净化效果，即重金属镉元素去除率。结果如图6所示。从图6中可以看出，时间与重金属镉元素去除率成正比，但是到达90 min后，重金属镉元素去除率达到最高，之后开始下降。其中样本1重金属镉元素去除率用时最长，是因为其重金属镉元素含量最高。由此说明，MSC-IDA的净化需要根据当地重金属镉污染程度来适当调整，污染程度越大，净化时间就应该越长。
图6 方案3下MSC-IDA的去除率对比图

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2.4 方案4下MSC-IDA的应用效果分析

方案4中主要研究土壤不同粒径（50、100、200目）对MSC-IDA的净化效果的影响。结果如图7所示。从图7中可以看出，随着土壤粒径的增大，MSC-IDA的去除率越高，说明土壤粒径越大，MSC-IDA越能达到净化目的，因为土壤粒径越大，越能说明土壤结构之间的间隙越大，而间隙越大MSC-IDA越能侵入，去除其中的重金属镉元素；3种不同样本中，MSC-IDA对样本2的净化效果最好，因为样本2土壤取自河流岸边，在河流的冲刷下，细小粒子被带走，土壤结构松散，粒子之间间隙最大。
图7 方案4下MSC-IDA的去除率对比图

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3 结论与讨论

本研究通过设计4种不同的净化方案，研究MSC-IDA对3种土壤样本中的重金属镉污染的移除净化效果。结果表明：在添加MSC-IDA后，3种土壤样本中镉含量均明显减少；MSC-IDA添加量小于0.1 mol/L时，土壤中镉的去除率随MSC-IDA浓度的增加而增加，当MSC-IDA含量超过0.1 mol/L之后，上升幅度逐渐趋于平缓。震荡时间与镉的去除率成正比， 60 min后，镉去除率增长趋于平缓，最后开始下降。土壤粒径越大，MSC-IDA的净化效果越好。范力仁等[17]也做过MSC-IDA对土壤镉污染的移除净化研究，但其倾向于螯合转化机理研究，单因素实验研究样本均为配制的镉溶液，与土壤实体样本存在差异性；本研究通过选择不同的土壤样本进行净化研究，更接近实景，为MSC-IDA的应用提供了具体参考和建议。

参考文献

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