（一）主要完成人情况表

年国家科技奖推荐公示内容自然科学奖一、项目名称中文：典型重金属的农田土壤污染过程与植物修复机制英文：Thepollutionprocessesandphytoremediationmechanismsoftypicalheavymetalsintheagriculturalsoils二、推荐单位（专家）意见项目组以经济快速发展的长江三角洲重金属污染农田土壤为研究对象，围绕“土壤污染特征、微界面过程、生物有效性和植物修复”这一主线，开展了长期而系统的研究，探明了一些高风险区农田土壤重金属污染特征及成因，发展了土壤重金属形态分析和预测方法，提出了外源金属在土壤-水界面的作用过程与机制；发现并首次报道了我国原生的镉超积累植物和铜高积累植物，探明了植物镉超积累的生理机制并提出末端控制假说，探明了超积累植物修复过程中重金属的结合特征及有效性变化规律及其机制，阐明了重金属污染土壤的植物修复技术原理。该项目成果引领了我国土壤重金属界面过程与植物修复技术的方向，推动了土壤污染与修复等学科的发展，为我国土壤环境管理和修复技术发展提供了新理论和新方法。我单位认真审阅了该推荐材料及完成人资格，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合填写要求。对照国家自然科学奖授奖条件，经评审，建议推荐该项目为2016年度国家自然科学奖二等奖。三、项目简介我国农田土壤受镉、铜、新、铅等重金属污染态势日趋严重，威胁着农产品安全、生态安全及国民健康，亟需有效防治和修复。污染土壤的绿色可持续修复已成为国际环境治理的发展趋势。我国的国情更需要走出一条既能土壤生产力又能改善土壤环境质量的绿色修复之路。但要创建这样的治理路径，关键在于对农田土壤重金属污染过程与修复机理的深入研究。近十多年来，项目组在“973”计划、国家自然科学基金等项目资助下，以中轻度重金属污染农田土壤为研究对象，围绕“重金属污染表征、源解析及形成机制，形态分析、界面过程及风险预测，植物吸收富集机制与修复原理”三个基础科学问题，通过化学与生物学交叉而系统的合作研究，获得如下重要发现：（1）探明了高风险区农田土壤重金属污染特征与过程，解析了复合污染来源与成因，阐明了土壤中重金属界面分配机制。采用稳定同位素、污染物指纹图谱等方法解析了土壤中重金属的来源，并改进了金属元素同位素比值法，提高了对土壤污染源判别的准确性，同时建立了以土壤类型为基本单元的区域土壤重金属的环境基线方法。发展了土壤溶液中游离态重金属分析法和土-液界面分配系数预测方法，建立了生物有效性评价方法；揭示了外源重金属在土壤界面的微孔扩散、沉淀过程和竞争及老化作用机制，阐明了土壤组分表面重金属结合的分子机制，提出了土壤重金属临界负荷估算方法、污染区稻米中镉积累预测模型及优先修复点位筛选方法。（2）发现了镉锌超积累植物新品种，探明了超积累机制，创建了中轻度重金属污染农田土壤的植物修复新理论和新方法。首次报道了我国原生的镉超积累植物东南景天、伴矿景天和铜高积累植物海州香薷；探明了植物超积累镉的根系主动吸收、木质部快速装载、地上部微区区隔和有机物螯合作用协同解毒等生理机制，提出了植物超积累镉的末端控制新假说；阐明了海州香薷对铜高富集的生理过程。建立了镉锌铜复合污染农田土壤的超积累与高积累植物联合修复研究基地，发展了复合污染土壤的有机配位强化植物修复理论；探明了植物修复过程中土壤镉锌的结合特征及有效性变化规律；形成了中轻度重金属污染农田土壤的植物修复技术原理，为我国实现面广量大的中轻度镉污染农田土壤的绿色修复提供了新途径。上述成果在土壤重金属的复合污染特征与源解析、土壤界面分配的分子机制、植物修复机理等方面取得了突破性进展，并构建了在不破坏土壤生产力下净化污染农田土壤的绿色可持续修复技术原理。该成果国内外推动了土壤污染与修复学科的发展，为农田土壤环境管理和绿色修复技术发展提供了新理论和新方法。相关成果的20篇核心论文被他引1281次（其中SCI他引976次），8篇代表性论文被他引531次。该成果受到国内外同行广泛关注，部分成果已被国家重要咨询报告、学科战略发展报告和土壤污染调查与防治专项所采纳，得到了项目验收和鉴定专家的一致肯定和高度评价。四、客观评价本项目获得的成果引起了国际土壤污染与修复研究领域的广泛关注。其中8篇代表性论文被SCI他引531次，总他引666次；20篇核心论文被SCI他引976次，总他引1281次。已培养研究生100余名，其中2人获全国百篇优秀博士论文奖，1人获得中科院优秀博士学位论文奖。重要科学发现一：探明了一些高风险区农田土壤重金属污染特征及成因，并采用稳定同位素、污染物指纹图谱等方法解析了金属污染物的来源；改进了铅同位素比值法，提高了对土壤污染源判别的准确性；建立了以土壤类型为基本单元的区域土壤重金属环境基线方法。发表在EnvironmentalPollution（Zhangetal.,2008）的有关农田土壤重金属污染源解析的文章（代表性论文1）已被SCI他引31次，Trac-TrendsinAnalyticalChemistry（IF6.273）评价认为“主成份分析可很好地区分四种主要成份对污染金属的贡献(UsingPCA,theyisolatedfourprincipalcomponents(PCs)(factors),whichexplained90%ofthevarianceinthedata）”。对于我国集约化畜禽养殖场饲料和粪肥中的重金属污染问题，我们的长期定位试验研究结果显示“施用猪粪使农田土壤均存在镉超标现象，长期施用化肥则重金属无明显积累现象”，审稿人认为这是一篇富含有意义信息的有趣的研究论文！“我们需要更多的有关有机废弃物（如猪粪）利用的长期定位试验研究数据，我非常惊讶中国的猪粪施用后土壤全镉增加会如此快速！(……,IamsurprisedthatthelevelsofCdbuiltupsorapidlyinthesoilsafteramendmentswereaddedtothedietsofpigsinChina）。相关文章至今已被SCI他引用62次。AnneOstermann等发表在Environ.Sci.Technol.(2010)论文肯定了我们的结果：“Nevertheless,ithasbeenfoundthateveninChinesehusbandrypracticethesethresholdvaluesarefrequentlyexceeded”（尽管如此，已有研究表明仅中国畜禽养殖本身也会导致畜禽粪肥中的重金属超过环境阈值）。重要科学发现二：发展了土壤重金属形态分析和土-液界面分配系数预测方法，提出了外源金属在土壤-水界面的微孔扩散、表面沉淀过程和相互竞争及老化作用机制；建立了基于保护农产品和地下水质量安全的临界负荷估算方法和污染区稻米中镉积累的预测模型。有关土壤溶液中自由离子态重金属原位测定方法原理的研究，被审稿专家认为“提供了能准确预测溶液中自由态金属浓度的测定方法，开启了深入认识植物吸收重金属和络合强化植物修复过程之门(Thismodelcanaccuratelypredictfreemetalconcentrationinthesecircumstances,andwillopenthedoorforitsuseintheunderstandingoftheprocessesinvolvedinchelantassistedphytoremediationandplantmetaluptake)”。我们基于离子选择电极法发展和完善了污染土壤重金属离子化学形态的分析方法，并在此基础上建立了预测污染土壤重金属化学形态的回归模型，并评估了南京九华铜矿区土壤pH、有机质含量和重金属总量等对土壤重金属化学形态的贡献率（代表性论文2），该论文成为2006年4-6月份该期刊网上下载最多的25篇文章之一。揭示四环素对Cu在矿物上的环境化学行为影响规律的论文（代表性论文3）在Environ.Sci.Technol.杂志发表后(Wangetal.,2008)，已被SCI论文他引82次。中国科学院生态环境研究中心的单孝全研究团队在Environ.Sci.Technol.(IF=5.330)发表的文章中多次引用我们的研究结果“四环素显著影响Cu在矿物上的环境化学行为，在酸性条件下四环素的存在增加了Cu在蒙脱石上的固定，其作用机制除阳离子交换外，Cu还会与已吸附在蒙脱石上的抗生素发生配位反应(ThiswasconsistentwithWangetal.,whostudiedthecosorptionoftetracyclineandCu(II)onmontmorillonite,andalsofoundthattetracyclineincreasedCu(II)adsorptionatpH6.5.ThereasonforenhancedCusorptionwaspossiblyduetoCu(II)adsorptionontothemontmorillonitesurfacenotonlythroughcationexchange,butalsothroughcomplexationofCu(II)(Wangetal.,2008)”。重要科学发现三、四：在国际上首次报道了源自中国的镉锌超积累植物，揭示了修复植物的重金属吸收、解毒与积累机制，发展了重金属复合污染土壤的有机配位强化植物修复技术原理。研究发现的植物东南景天、伴矿景天已成为目前国际公认为数不多、具有实际应用前景的锌镉超积累植物。比利时学者NathalieVerbruggen教授在其发表于CurrentOpinioninPlantBiology(IF=7.848)杂志的综述中同样提到，镉超积累植物十分稀少，仅存在于少数植物品种中“CdhyperaccumulationispresentonlyinsomepopulationsofT.caerulescens,T.praecox,andArabidopsishalleri,allbelongingtotheBrassicaceaefamily,andSedumalfredii(Crassulaceae)”。德国学者UteKrämer教授在植物科学领域顶级杂志AnnualReviewofPlantBiology(IF=23.3)中高度认同了景天科植物是十字花科品种以外唯一已知的镉超积累植物“Sedumalfredii(Crassulaceae)istheonlyknownCdhyperaccumulatoroutsidetheBrassicaceae”，这两种超积累植物的发现为镉污染土壤的植物修复提供了宝贵的研究与应用材料（代表性论文5,6）。针对景天植物体内镉吸收、转运的调控机理，我们提出了高效的根系主动吸收、木质部快速装载是景天超积累镉的关键机制，受到了国际同行的广泛认可。捷克学者PavelKotrba教授在生物技术领域顶级期刊BiotechnologyAdvances(2009)上同时引用我们的两篇代表性文章—“MorerecentlytheZn2+,Cd2+andPb2+hyperaccumulatingAsianstonecropSedumalfredii(Crassulaceae),withZncontentsreachingmorethan2%ofshootweighthasgainedincreasedattention”，并充分肯定了我们关于共质体途径是根系吸收镉的主要方式的研究结论—Moreover,root-to-shoottranslocationofCd2+inhyperaccumulatingS.alfredii,inwhichPCsarelikelynotcentralinthetolerancetothismetal(Sunetal.,2007),seemstooccurviaaxylemloadedfromrootsymplast(Luetal.,2009).”。2014年9月化学领域顶级综述期刊ChemicalReviews(IF=46.58)发表的综述论文正面肯定了我们关于超积累植物体内钙镉交互作用的前沿性研究结果“Tianetal.(152)haveusedbothXFIandLA-ICP-MS(section5.2)tocomparehyperaccumulatorandnonaccumulatorecotypesofSedumalfredii”。针对土壤中不易被植物吸取的结合态重金属，我们提出的有机络合增溶强化植物修复原理也受到了国际同行的广泛认可与高度评价。加拿大学者Debela教授在J.Environ.Manage.(2013)上同时引用我们的两篇代表性文章“theuseofchelatingagentsandlowmolecularweightorganicacidsinphytoremediationofmetal-contaminatedsoilsisknowntoincreasetheavailabilityofmetalstoplants(Wuetal.,2003)”（在污染土壤中加入络合剂和低分子量有机酸可显著提高土壤重金属对修复植物的有效性）。我们关于有机络合剂的土壤淋溶风险研究（代表性论文7）在Agric.Ecosyst.Environ.(2004)发表后已被SCI期刊他引156次）。瑞士学者BerndNowack教授在国际环境类顶级刊物Environ.Sci.Technol.(2006)的评述，充分肯定了我们关于EDTA促进重金属的植物吸收并增加土壤淋溶风险的研究结论“TherelativelyweakadsorptionofchelatesaroundneutralpHthereforeresultsinexcessiveleaching(Wuetal.,2004)”，指出“这是世界上为数不多的研究之一”。此外，我们利用筛选得到的超积累植物开展了系统的长期田间试验，证明了其对镉污染土壤具有高效、可持续修复的效果，该成果得到了国内外同行的充分肯定与高度评价。意大利学者DanielaBaldantoni高度认同了该镉超积累植物在污染土壤高效植物修复中的重要应用价值“Phytoremediation,andphytoextractioninparticular,canbeachievedthroughhyperaccumulatorplants,whichhavethecapabilitytotakeuplargequantitiesofHMsandtotranslocatethemtotheepigeousparts(Bakeretal.,1994a;Wong,2003),asinthecaseofThlaspicaerulescens(Bakeretal.,1994b)andSedumalfredii(Yangetal.,2004)”。2012年发表于Environ.Sci.Technol.的有关伴矿景天热处理技术的论文（代表性论文8），审稿者认为“这是一篇非常令人感兴趣的论文，……；这将是土壤重金属污染植物修复及重金属回收利用的良好开始！（Thepaperisveryinterestingandmaybeonesentencecanbechanged:Thefirstsentenceendswiththeword"with".Isupposethiswordcanbedeleted.……,Thepapergivesagoodstartingforthedevelopingofmethodstoremediatesoilscontaminatedwithheavymetals,andtorecoverthemetals）”。植物修复学先驱、澳大利亚墨尔本大学荣誉教授AlanBaker在第10届植物技术国际会议（2013年10月1-4日，美国）的首场大会特邀报告中，将我们在重金属污染农田土壤植物修复机理方面的成果作为全球植物修复研究亮点成果之一，向全体代表作了重点介绍，并强调：“骆永明教授团队在中国原生的镉锌超积累植物筛选及植物修复机理方面取得的杰出成就给我留下了深刻印象(AchievementsinthescreeningofCd/ZnhyperaccumulatorspeciesinChinaandtheclarificationofphytoextractionmechanismswerethemostimpressiveactivitiesthatinfluencedme)”。基于上述研究成果，第一完成人骆永明于2006年经中外知名杰出科学家联名推荐，当选为亚洲唯一的国际植物技术学会理事，并于2008年作为会议主席在中国南京承办了首次离开美国本土的第5届植物技术国际会议，来自24个国家和地区的120余名国际同行参加了本次大会并对会议的成功举办给予了高度评价。自2000年起，项目组除持续主持召开了第一至四届“土壤污染与修复国际会议”外，还受邀在国际会议上做大会报告和特邀报告30余次。在项目执行过程中，所取得的研究成果除了得到同行专家和项目验收专家组的充分肯定和高度评价外，有些成果还被科技部“土壤污染控制和修复技术战略报告”、环境保护部与工程院“中国土壤保护战略研究”报告，中国科学院地学部“我国土壤重金属污染状况与防治对策”、“东南沿海经济发达地区环境质量变化与对策”等咨询报告所采纳，为服务国家重大需求和重要决策咨询做出了实质性的贡献，并推动了我国土壤植物修复理论和“土壤污染与修复”分支学科的快速发展。五、代表性论文专著目录序号论文专著名称/刊名/作者影响因子年卷页码（xx年xx卷xx页）发表时间年月日SCI他引次数他引总次数知识产权是否归国内所有1Identifyingsourcesofsoilinorganicpollutantsonaregionalscaleusingamultivariatestatisticalapproach:Roleofpollutantmigrationandsoilphysicochemicalproperties/EnvironmentalPollution/ZhangCB,WuLH,LuoYM,ZhangHB,ChristieP4.1432008年151卷470-476页2008年2月3132是2Adsorptionandcosorptionofcadmiumandglyphosateontwosoilswithdifferentcharacteristics/Chemosphere/ZhouDM,WangYJ,CangL,HaoXZ,LuoXS3.3402004年57卷1237-1244页2004年12月3642是3Adsorptionandcosorptionoftetracyclineandcopper(ii)onmontmorilloniteasaffectedbysolutionpH/EnvironmentalScience&Technology/WangYJ,JiaDA,SunRJ,ZhuHW,ZhouDM5.3302008年42卷3254-3259页2008年5月182100是4Evaluationofdifferentphosphateamendmentsonavailabilityofmetalsincontaminatedsoil/EcotoxicologyandEnvironmentalSafety/ChenSB,XuMG,MaYB,YangJC2.7622007年67卷278-285页2007年7月5768是5CellularsequestrationofcadmiuminthehyperaccumulatorplantspeciesSedumalfredii/PlantPhysiology/TianSK,LuLL,LabavitchJM.,YangXE,HeZL,HuHN,SarangiR,NewvilleM,CommissoJ,BrownPH6.8412011年157卷1914-1925页2011年12月2024是6CadmiumtoleranceandhyperaccumulationinanewZn-hyperaccumulatingplantspecies(SedumalfrediiHance)/PlantandSoil/YangXE,LongXX,YeHB,HeZL,StoffellaPJ,CalvertDV2.9522004年259卷181-189页2004年2月144188是7EDTA-enhancedphytoremediationofheavymetalcontaminatedsoilwithIndianmustardandassociatedpotentialleachingrisk/AgricultureEcosystems&Environment/WuLH,LuoYM,XingXR,ChristieP3.4022004年102卷307-318页2004年5月156205是8Comparisonoftraceelementemissionsfromthermaltreatmentsofheavymetalhyperaccumulators/EnvironmentalScience&Technology/LuSY,DuYZ,ZhongDX,ZhaoB,LiXD,XuMX,LiZ,LuoYM,YanJH,WuLH5.3302012年46卷5025-5031页2012年4月1357是9HeavymetalspollutioninpoultryandlivestockfeedsandmanuresunderintensivefarminginJiangsuProvince,China/JournalofEnvironmentalSciencesChina/CangL,WangYJ,ZhouDM,DongYH2.0022004年16卷371-374页2004年6月62123是10Sizefractionationandcharacterizationofnanocolloidalparticlesinsoils/EnvironmentalGeochemistryandHealth/TangZY,WuLH,LuoYM2.5662009年31卷1-10页2004年2月1314是11Solid/solutionpartitioningandspeciationofheavymetalsinthecontaminatedagriculturalsoilsaroundacoppermineineasternNanjingcity,China/JournalofHazardousMaterials/LuoXS,ZhouDM,LiuXH,WangYJ4.5292006年131卷19-27页2006年4月1724是12Cosorptionofzincandglyphosateontwosoilswithdifferentcharacteristics/JournalofHazardousMaterials/WangYJ,ZhouDM,SunRJ,CangL,HaoXZ4.5292006年137卷76-82页2006年9月1618是13Effectsoflow–molecular-weightorganicacidsonCu(II)adsorptionontohydroxyapatitenanoparticles/JournalofHazardousMaterials/WangYJ,ChenJH,CuiYX,WangSQ,ZhouDM4.5292009年162卷1135-1150页2009年3月154046是14GrowthresponseandphytoextractionofcopperatdifferentlevelsinsoilsbyElsholtziasplendens/Chemosphere/JiangLY,YangXE;HeZL3.3402004年55卷1179-1187页2004年6月4056是15GrowthandnutrientcompositionofElsholtziasplendensNakaiundercoppertoxicity/JournalofPlantNutrition/YangMJ,YangXE,RomheldV0.4942002年25卷1359-1375页2002年7月3355是16Enhancedroot-to-shoottranslocationofcadmiuminthehyperaccumulatingecotypeofSedumalfredii/JournalofExperimentalBotany/LuLL,TianSK,YangXE,WangXC,BrownP,LiTQ,HeZL5.5262008年59卷3203-3213页2008年8月4149是17Effectsofcadmiumonultrastructureandantioxidativedefensesysteminhyperaccumulatorandnon-hyperaccumulatorecotypesofSedumalfrediiHance/JournalofHazardousMaterials/JinXF,YangXE,IslamE,LiuD,MahmoodQ4.5292008年156卷387-397页2008年8月15日4759是18EffectsofmultipleheavymetalcontaminationandrepeatedphytoextractionbySedumplumbizincicolaonsoilmicrobialproperties/EuropeanJournalofSoilBiology/JiangJP,WuLH,LiN,LuoYM,LiuL,ZhaoQG,ZhangL,ChristieP1.7192010年46卷18-26页2010年2月2730是19EffectsofEDTAandlowmolecularweightorganicacidsonsoilsolutionpropertiesofaheavymetalpollutedsoil/Chemosphere/WuLH,LuoYM,ChristieP,WongMH3.3402003年50卷819-822页2003年2月92124是20Afieldlysimeterstudyofheavymetalmovementdowntheprofileofsoilswithmultiplemetalpollutionduringchelate-enhancedphytoremediation/InternationalJournalofPhytoremediation/HuNJ,LuoYM,WuLH,SongJ1.7392007年9卷257-268页2007年8月1717是合计9761281六、主要完成人情况（一）主要完成人情况表姓名骆永明性别男排名1国籍中国出生年月1962.11出生地浙江义乌民族汉族技术职称研究员最高学历研究生最高学位博士毕业学校英国Belfast女王大学毕业时间1997.12所学专业土壤学通讯地址山东省烟台市莱山区春晖路17号邮政编码264003工作单位中国科学院烟台海岸带研究所行政职务常务副所长二级单位中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室党派中国共产党完成单位中国科学院南京土壤研究所所在地南京单位性质参加本项目的起止时间自1998年5月至2012年12月对本项目主要学术贡献：对科学发现做出了创造性贡献：1）揭示了高风险区农田土壤污染特征，采用稳定同位素和污染物指纹图谱等方法解析了污染物来源，建立土壤重金属环境基线方法，阐明了污染物在颗粒表面以及土壤组分中的作用机制；2）建立了土壤重金属形态测定及有效性评价方法和污染区稻米中重金属积累的预测模型；3）提出了污染农田土壤植物修复技术的新原理，为我国土壤环境管理和修复技术发展提供了新理论和新方法。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的80%。（二）主要完成人情况表姓名杨肖娥性别女排名2国籍中国出生年月1958.01出生地浙江宁海民族汉族技术职称教授最高学历研究生最高学位博士毕业学校浙江大学（原浙江农业大学）毕业时间1987.12所学专业植物营养学通讯地址杭州西湖区余杭塘路866号浙大紫金港校区农生环B邮政编码310058工作单位浙江大学行政职务实验室主任二级单位环境与资源学院党派中共党员完成单位浙江大学所在地杭州单位性质事业型研究单位参加本项目的起止时间自1995年9月至2012年12月在植物超积累重金属种质资源及超积累机理研究方面做出了创造性贡献。1）首次发现了我国原生的镉超积累植物东南景天（Sedumalfredii）和铜富集植物海州香薷(Elsholtziasplendens)；2）探明了超积累植物东南景天对镉特异根系吸收、本质部装运和细胞解毒的生理机制，高富集植物海州香薷对铜吸收积累营养过程，明确了超积累/富集植物提取修复污染土壤镉和铜的农艺强化技术原理。在本项研究中的工作量占本人工作量的80%。（三）主要完成人情况表姓名周东美性别男排名3国籍中国出生年月1967.12出生地安徽枞阳民族汉族技术职称研究员最高学历研究生最高学位博士毕业学校南京大学毕业时间1997.07所学专业化学通讯地址中国科学院南京土壤研究所邮政编码210008工作单位中国科学院南京土壤研究所行政职务实验室主任二级单位中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室党派致公党完成单位中国科学院南京土壤研究所所在地江