李建龙
南京大学应用生态所 江苏 南京 210093
一、水蜜桃保鲜防腐贮藏关键新技术和产品研发及冷链物流体系
1.成果简介：为了克服世界性水蜜桃保鲜与贮藏技术及产品研发难题，在低碳绿色环保条件下，我们经过15年来努力攻关对亚热型水蜜桃不同品种采前、采中和采后果实营养、病害和腐烂呼吸机理深入研究及采用绿色生态防治技术为主（辅以物理及农艺等方法）的基础上，利用以菌治菌的微生物拮抗原理，研发针对水蜜桃关键生物与生态保鲜集成技术和生产无毒、高效、价廉的环保复合生物保鲜产品（保鲜纸、保鲜剂和保鲜膜），并结合配套的智慧储运冷链物流体系优化设计，以解决水蜜桃农业食品加工难以保鲜贮藏和储运销售的科学与生产世界性难题，并将上述新技术和产品应用于实际农业生产中，取得了广阔的发展前景和生产示范效果，实现了低碳、绿色、经济和安全的水蜜桃生产、保鲜和储运销售目标。
现已完成省市地区各类科研和生产示范项目12项，已取得各类科研成果10件，这些成果已发表各类科技论文186篇，持有授权发明专利6项，通过2项小鼠食品药品生物安全检测，在长三角5个基地进行了广泛推广应用，为应用企业年创造利润5.6亿元以上，在社会效益、生态效益和经济效益取得了巨大的成效。
2.研发背景：近年来随着国内外水蜜桃的市场需求量增加，促进农民增收致富为目标，助力乡村振兴和促进食品工业发展，充分利用和发挥我国现有水蜜桃的品种优势和食用药用价值高的特性，呈现出广泛种植的态势，诚然，水蜜桃由于其特有的生理特性（皮薄、多汁、含糖量高）保鲜贮运非常困难，已成为水蜜桃产业做大做强的产业技术瓶颈，限制了其进一步的发展，是国际上业内公认的技术难题。国家农产品保鲜工程中心最近的统计结果显示，我国每年果蔬采摘后由于保鲜贮藏不当造成的损失高达30%以上，而在发达国家果蔬采后损失率则在5%以下。目前国内在水蜜桃果后营养生理，防腐及保鲜贮运技术方面有些报道，如低温保鲜，气化保鲜，化学保鲜技术等，但多为单一的技术且安全性差，保鲜效果也不理想，生产成本高，也不易于大规模推广应用等；然而在发达国家，如美、日两国在水蜜桃保鲜贮存方面也有一些成熟新技术，不但对我国保密，实施技术封锁，而且对保鲜设备要求很高，成本太高，不太适合于我国国情使用。因此，研发适合于我国大面积种植水蜜桃，获取安全、有效、经济、实用的保鲜与贮运综合生态新技术及相关保鲜产品，技术标准和体系，显得尤为重要和急需。
3.成果内容：
（1）对水蜜桃采后及采前生理呼吸规律系统研究后、进行微生物检测，筛选出影响水蜜桃生长及保鲜的主要治病菌，尤其是针对危害水蜜桃产区的黑心病2号进行生物防控。
（2）通过系统的实验测定及建模分析，总结出水蜜桃特定品种采后果实呼吸生理、营养变化等特征，从而设计防腐产品及规划保鲜策略提供数据支持。
（3）通过测定特定水蜜桃品种在采后不同阶段的转录组及蛋白组数据，在分子水平归纳出重点参与果实衰老的相关信号通路及代谢产物，深入系统了解水蜜桃腐烂机理及特征。
（4）在原先的基础上，对几个生防酵母菌、食品源及中草药生物材料进行抗菌及病虫害实验，筛选出高效、安全的保鲜材料，为研发新的保鲜技术提供科学技术支撑。
（5）在上述研发基础上，结合大量已探索的成熟保鲜材料和技术，通过不同的组合保鲜方法（物理、化学、农艺与生物的方法），利用响应面法设计并深入研发实验室水平的水蜜桃绿色生态复合保鲜产品，并进行一定规模验证。
（6）通过对不同拮抗酵母菌筛选、选育、发酵、和纯化，提取高效水蜜桃防腐保鲜与防病害的微生物菌种。
（7）通过对筛选出的生防菌进行发酵、培养、杀菌、纯化、诱变等技术处理及工程制备，生产出可用于制作保鲜剂的工程生物菌种。
（8）通过各类工程菌单一菌种与不同菌种混合及其防腐抗菌试验，找到最佳的水蜜桃保鲜拮抗菌混合配方。
（9）对特定工程菌中益于水蜜桃保鲜的次级代谢产物进行提纯，通过质谱分析鉴定后，利用生物反应器研究方法优化其菌种发酵工艺及产物生产效率。
（10）通过不同复合剂型和添加剂的选择，生产出初步的生物保鲜产品，形式包括工程菌混合液与复合涂膜保鲜剂等，并研制了可进行中试的生物保鲜剂和保鲜纸，在一定规模上进行了试验和应用，取得了良好的效果。
（11）利用生物工程技术，对筛选的工程菌进行产品性质的优化，制备成活性干酵母，对已有的复合涂膜保鲜剂进行纳米材料的优化，进行新工艺和新产品的深入研发，从而更易于投入市场，进行食品工业技术与产品投放。
（12）对水蜜桃优化防腐保鲜产品投入其他应用的开发，包括采前处理、切片保鲜和果汁保鲜等。
（13）构建了亚热型水蜜桃冷链储运仓库、运输车和销售体系及智慧互联网系统，建立了水蜜桃保鲜、贮藏与销售物流标准，构建了果蔬智慧化产业体系和互联网销售渠道，建设了软硬件平台。
4.成果功效:
（1）通过我们15年多的努力攻关，研发1-2种适用于水蜜桃关键绿色生物(生态)保鲜集成技术，实现由传统化学保鲜向现代生态保鲜的转变。
（2）在常温条件下，喷洒保鲜剂后可延缓水蜜桃腐烂1周以上，好果率保鲜达到95%；在温控条件下（温度5-6℃），使水蜜桃保鲜与贮藏延长30天，适用于工厂化与果农使用。
（3）通过不同技术与设计的使用（以生物保鲜、冷链贮运和生态生产为主），研发1-2种安全有效的水蜜桃绿色生物复合保鲜产品（保鲜纸、保鲜膜等）。
（4）构建1-2套不同水蜜桃储运冷链物流保鲜体系智慧设计方案，实现水蜜桃储运冷链物流智慧应用和互联网销售目标。
（5）通过研发的绿色生物(生态)保鲜集成技术、保鲜产品和储运冷链体系的应用，实现水蜜桃保鲜3周以上的效果。
（6）项目实施与建设后，指导5个水蜜桃生产与示范基地，有利于加快水蜜桃生产企业高效规模化发展，扩大水蜜桃产业规模，使水蜜桃产业成为现代农业发展的重点产业，成为苏州市特色产业、优势产业。
5.成果创新:
(1)技术先进。本成果致力于研究一种综合配套的水蜜桃保鲜防腐防病技术、产品及贮运新技术规程，通过个别单项技术的突破，以及多种高新技术的使用（致病菌快速鉴定技术、现代生物分离提取技术、液体成膜技术、灭菌与清洁生产技术、多元液体组合保鲜剂生产技术和采后冷链集成保鲜技术等），在应用课题组之前研发的适用于水蜜桃品种的效果佳、经济实用、适用性广、无毒副的生物组合保鲜产品的基础上，设计一套集成配套的气调冷藏保鲜技术流程和方案，体现了技术含量高、技术先进。
(2)安全有效。在针对产区的病虫害进行分离鉴定后，制定详尽的适用于当地的绿色防治措施，结合最新的绿色生物及生态防治技术，最大程度减轻有毒有害农药施用，从而建立起绿色生态的水蜜桃病虫害防控体系和生产标准。本项目所使用的绿色生态复合保鲜产品成分为植物材料和生物材料无毒无害、不污染环境，生产工艺过程中不添加有毒化学物质；同时，后续使用的集成冷链技术在工艺和流程上均不存在污染，因此，上述组合技术的应用具有环境友好的特点。总结相关研究结果，可证明本课题中处理水蜜桃抗病保鲜的相关技术具有明显的安全有效、绿色环保的特点。
(3)经济实用。与传统的化学保鲜等单一方法相比，我们利用组合保鲜及防腐防病原理，筛选并配制出高效安全可食的应用于保鲜纸载体的生物组合保鲜剂，经工程化制备与材料改良、工厂化生产及产品优化后，所得水蜜桃生物组合保鲜剂（纸）产品，不仅可用于大规模工厂化与大型超市果蔬保鲜使用，也适用于小型零散果农使用，且生产成本相对较低；且水蜜桃采后集成配套冷链保鲜技术的应用也能有效降低生产成本。因此，具有经济实用的特点。
二、农田土壤作物重金属污染遥感监测技术及预警系统
1.成果简介：为了实现快速准确无损伤遥感监测区域农田重金属污染状况，我们在5S技术支持和污染源汇理论的指导下，经20多年高光谱农作物营养监测与估产研究的基础上，在自主研发的5S(RS-GIS-GPS-ES-IDSS)一体化集成技术平台上，努力探讨利用高光谱成像，光谱反演和人工神经网络理论立体动态多时空监测大面积农田重金属含量与面源污染面积、程度和扩散风险机理，通过污染源汇时空分析、土壤光谱变化、作物重金属含量反演和重金属污染源调查构建小麦农田重金属含量与面源污染高光谱监测模型与大面积遥感诊断方法及其监测生态污染与风险预警决策系统及提高遥感监测精度与降低不确定性，基本实现了大面积农田快速诊断农田重金属含量与面源污染状况及生态风险预警目标。
现已完成省市地区各类科研和生产示范项目15项，已取得各类科研成果12件，这些成果已发表各类科技论文209篇，持有授权发明专利6件，授权计算机软件著作权8项，在长三角3个基地进行了广泛推广应用，为应用企业年创造利润上千万元以上，在技术效益、生态效益和经济效益等方面取得了巨大的成效。
2.研发背景：改革开放以来，随着我国工业和城市化发展，导致沿海发达地区重金属污染突出，严重影响到了人们的食品安全和生态安全。为了解决以上问题，研发快速准确无损伤遥感监测区域农田重金属污染状况的相关技术，尤为重要和急需。我们在充分了解重金属污染危害和土壤作物系统转运规律基础上，开展相互衔接的农业重金属污染危害机理、防控技术，防治和修复关键技术研发，以期实现农业重金属污染农田有效防治、农业生态环境质量和农产品食品安全的多重目标。
现代定量遥感技术，已构成地面、空中、空间3个立体层面，正在向高空间、高光谱和高时间分辨率3个方向发展。现代遥感技术正以其宏观、快速、定量的特点，在数字农业与智慧农业中发挥着广泛的作用。我们在过去20多年工作的基础上，利用已有的3S技术，增加了专家系统（ES）和决策知识系统（IDSS），实现了“5S”技术的一体化集成，并于2012年成功申报了国家软件著作权和国外发明专利。由于RS、GIS与GPS的一体化集成与应用，可实现农作物信息的收集、标准化、定位、传输、存贮、管理、分析和应用及空间数据可视化，都成为一个整体的信息系统与网络和智能化决策功能。GIS、RS、ES与IDSS及人工智能相结合，使得资料收集及整理的速度、精度都大大地得到提高，地理信息系统所具备的图形图像分析能力、可开发的分析方法，实现5S技术的一体化集成，为实现区域农田土壤作物重金属污染遥感无损伤智慧监测与生态风险预警系统目标，提供科学研究的基础。
3.成果内容：
（1）在不同重金属污染模拟环境下，在SUN工作站条件下，研究5S一体化集成技术，实现农田污染信息收集、加工与处理立体监测与预警功效。
（2）在不同土-作重金属转运环境下，研究在“5S”一体化集成系统中，实现各种农田污染监测信息的实时空间定位、数据自动提取、更新、加工、互联网+、云计算、系统设计、图像处理及可视化技术等功效。
（3）在不同浓度农田重金属元素处理下，污染发生前后对比分析，通过盆栽和农田小区试验，研究从土壤到农作物主要重金属元素的迁移、转运和积累过程。
（4）研究典型区土壤中重金属输入输出通量、赋存形态及与农作物安全的耦合关系，研究同位素示踪重要污染元素的转运监测结果。
（5）通过揭示重金属污染与农产品安全关系规律及风险评估，构建农田重金属监控指标体系和农产品安全评价模型。
（6）在5S技术集成系统支持下，研究大面积农田重金属污染遥感监测的原理与机理，确定最佳污染监测信息源和手段。
（7）对多时空高光谱遥感资料信息的提取、复合、污染特征信息、诊断指标的确定和加工处理研究。
（8）在5S集成系统平台下，研究确定最佳高光谱遥感监测时相、植被指数、光谱波段和组合，构建农田重金属污染面积、危害程度和扩散风险遥感监测指标和模型等。
（9）研究在离体叶片、地面群体和星载卫片3个水平，在不同浓度重金属元素处理下，小麦作物各种高光谱反演信息提取的机理与方法。
（10）研究利用光谱反演法和高光谱遥感技术估测经不同浓度重金属含量处理生长条件下，小麦根、茎、叶和果实中的重金属含量和危害程度，找出农作物重金属污染监测的优化农学参数组合和相关方程。
（11）在5S技术支持下，探讨建立农作物重金属污染危害评估指标和生态风险评估系统，并对精度和效果进行科学评价。
（12）研发大面积农田重金属含量与污染状况遥感监测方法，构建生态风险预警系统和制作研究区大面积农田土壤与作物重金属扩散分布图及其效果分析。
4.成果功效:目前沿海发达省区农田土壤重金属污染极其严重，为了实现快速实时准确无损伤遥感监测区域农田重金属污染现状，在5S技术支持和污染源汇理论指导，经前期探索农田土-作重金属迁移与运转时空分布规律及污染源形成等机理及作物生长模型构建基础上，做出污染发生前后对比，深度发挥多种高光谱遥感技术优势，利用土壤光谱法、农作物反演法、土壤质地与污染源汇时空分析技术和克里金插值方法，研发从土壤到作物、从盆栽到农田多时空立体动态直接监测重金属污染面积、程度和扩散风险等参数，找出最佳直接或间接监测高光谱指数、波段和组合等优化模式；进而利用改进的CA风险预警模型、卷积神经网络、联合乐观情景分析、机器学习、小波分析和多元诊断方法等，构建区域农田重金属污染遥感监测模型、风险评价与预警系统等，在遥感监测指标确定与方法创新下，达到农田重金属污染遥感监测精度80%以上，做出污染分布图，构建重金属污染监测生态眼和生态脑，为我国今后开展农田重金属污染监测与风险预警，开拓了具有前瞻性的思路、方法和体系等。
5.成果创新:
（1）思路新颖。目前国内外有关土壤农业面源及重金属污染状况测定，基本都是采用定点大量取土壤-作物样品，通过室内化学试剂检测方法获得重金属污染元素种类和浓度等参数，虽然观测数据较准确，但适合于多点小范围土壤重金属污染检测，一般费时、费力、周期性与成本较高，大规模取样与土壤普查都会对农田和作物造成一定损伤，另外，该方法也会引发农田环境次级污染，不便进行数据空间管理和预报未来污染扩散情况，属于被动农业污染检测范畴；为了改进以上方法的不足，我们利用目前国内外先进的遥感技术和计算机技术，在自主研发的5S集成技术的平台上，从盆栽到大田，从地面到空间，多时空立体观测农田重金属污染转运情况及扩散状况，建立遥感监测标志和监测指数，实时动态监控大面积农田重金属污染状况，构建农田重金属污染分布图，实现大面积农田重金属污染面积、危害程度和生态风险遥感监测及预警与预报工作，不仅可立体一体化监测大面积农业重金属污染与扩散状况，也可对未来重金属污染做出预警和防控，起到主动监测农业面源污染和重金属污染的目的，在研究思路上，体现出了明显的新颖性和创新之处。
（2）技术先进。本项目研究所采用的“5S”技术集成系统，是在原完成前一项基金项目工作基础上，从系统的平行结合发展到纵向结合，大大提高了5S技术的使用功能，具有实时空间定位、一体化诊断数据管理、语义和非语义各类重金属污染信息的自动提取、数据更新、实时通讯、集成化系统设计，模型构建及图形的空间可视化等功能，并与互联网+技术和云计算集合，有利于空间数据的准确定位、加工与处理分析，可提高农田重金属污染特征遥感诊断与监测系统应用的动态化、宏观化、定量化和智能化水平，为未来农田重金属污染遥感诊断与监测，提供了崭新的研究方法和先进的技术。
（3）实用性强。同目前国内外同类研究相比，本研究在平台建立和资料分析及地面农田重金属污染调查中，都采用了许多先进的遥感、生态与信息新技术，如采用5S技术进行数据获取，数据库建立和模型构建。利用人机互译方法来解译“天地”资料，利用神经网络方法进行人工智能系统与模型构建，采用生态足迹法、综合神经网络、生态承载力分析法和移动窗口法进行农田污染生态风险、污染特征及生态状况调查。因此，体现了本研究技术性强和科技含量高的特点。加之，在多种遥感信息复合与融合技术，光谱反演理论，“天地”资料对比，农田污染特征诊断指标与标准确定，相关性模型构建及“天地”资料同步获取和加工分析及农田重金属污染程度分析及其遥感诊断精度的提高等，其研究内容实用，新颖，从而体现了成果实用性强的特点。
三、成果持有者首席科学家简介
李建龙资深教授：男，博士，教授，博导，科研成果首席科学家，曾入选中科院百人计划，天山学者，金山学者和教育部长江学者讲座教授等职；现为南京大学应用生态科学与技术所长，农业生态中心主任，国务院生物学部学部委员，联合国环境规划署环境规划与评审专家等；被聘任为美国密执根州立大学、澳大利亚悉尼大学和日本北海道大学兼职教授；最近还被聘为蒙古国农业科学院外籍院士，澳大利亚科学院外籍院士等；现已主持完成各类科研项目85项（含国家科技攻关，国家973，863项目，国家自然科学基金面上、重点项目，省重大工程等及美国自然科学基金，美国农业部，APN，欧盟洪宝基金等）；还主持完成各类城市绿化、草坪绿地、生态环保和生态修复工程上百项，为推广应用单位创造了显著的社会、经济和生态效益，获得上百亿利润；现已获国家级科技进步奖3项，省部级科技进步奖15项；持有发明专利48项，计算机软件著作权38件，其中获国外发明专利8项；现已主持出版专著16部、发表各类论文798篇，其中含SCI和EI引文398篇，在NATURE及子刊发表高水平论文10篇以上，总影响因子298，总引用次数19980以上；他立德树人，道术结合，因材施教，培养出高素质人才300多名，其中含博士后8人，博士学位78名，硕士学位216名，留学生10名，现有65人获得副教授或副研究员以上职称，20人获得正高职称，6人获得国家杰出青年基金和2人获得国家千人称号；多次被组织评为优秀共产党员、模范工作者、35岁就主持完成过国家“七五”攻关重大项目，连续18年被南京大学小百合学生评为学生最受欢迎的老师。
他工作46年来在草地生态、草地农业、自然资源调查与利用、草坪绿地建设、智慧农业、城市生态学、遥感技术理论与应用、城市生态与绿化工程建设、食品安全、计算机科学和全球变化生态学等方面取得几十项重要科研成果；作为教育部草业科学、生态科学、环境科学和农业科学领域的学科带头人之一和教育部跨世纪优秀教师、教育部生态学科教学指导委员会副主任，曾获得过国务院政府特殊津贴，国家级具有突出贡献的优秀专家称号，政府参事及国际组织专家等职。
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