洞庭湖平原耕地面源污染时空特征及脱钩效应

[目的] 揭示2009—2019年洞庭湖平原耕地面源污染时空演变规律,探究耕地面源污染与农业生产的脱钩关系,为洞庭湖平原耕地面源污染治理提供科学参考。[方法] 采用化肥农药施用强度和粮食单产分别描述洞庭湖平原耕地面源污染和农业生产状况,利用空间分析法和脱钩模型揭示2009—2019年洞庭湖平原耕地面源污染和农业生产的时空演变规律及其脱钩关系。[结果] ①2009—2019年洞庭湖平原化肥、农药施用强度均呈现“先升后降”的趋势,且具有明显的空间差异性,化肥、农药生产率总体上呈现出上升趋势; ②2009—2019年洞庭湖平原粮食单产呈现出倒U形趋势,且具有明显的空间差异性; ③洞庭湖平原粮食单产与化肥农药施用强度的脱钩关系呈现出明显的阶段性特征：第一阶段为波动期(2009—2013年),第二阶段为强脱钩期(2014—2015年),第三阶段为弱负脱钩和衰退脱钩期(2016—2019年); ④洞庭湖平原农业生产与耕地面源污染的脱钩关系在县级空间尺度上逐渐呈现出较高的趋同性和聚集特征。[结论] 应进一步加强耕地面源污染源头防治,并采取多种举措提高粮食单产,最终实现耕地面源污染与农业生产的强脱钩。     

2007-2017年洞庭湖平原耕地生态安全评价及障碍因子诊断

[目的] 研究洞庭湖平原耕地生态安全状况,并诊断其障碍因子,为区域耕地合理利用和耕地污染治理提供参考依据。[方法] 基于DPSIR模型构建洞庭湖平原耕地生态安全评价指标体系,从县域尺度,采用基于熵权的改进TOPSIS模型测度洞庭湖平原2007—2017年耕地生态安全指数,并采用障碍度模型诊断耕地生态安全状态的主要障碍因子。[结果] 2007—2017年洞庭湖平原整体耕地生态安全程度处于临界状态,整体安全指数在研究期内波动上升但增速缓慢;不同县（区、市）耕地生态系统安全变化特征不一;中低产田改良比例、秸秆还田比例、测土配方施肥比例、农药使用强度、地膜使用强度、化肥施用强度、农业自然灾害成灾比例等是制约耕地生态安全的主要障碍因子。[结论] 为改善洞庭湖平原耕地生态安全状况,应大力实施全域土地综合整治,加强农业面源污染治理。     

2005-2019年洞庭湖平原耕地面源污染迁移轨迹及空间格局

洞庭湖平原因不合理的农业生产活动导致严重的耕地面源污染问题，揭示洞庭湖平原近10余年耕地面源污染迁移轨迹及空间格局，可为洞庭湖平原下一步科学防治耕地面源污染提供参考。该研究以洞庭湖平原湖南省部分的21个区（县、市）为实例，利用清单分析法构建农田化肥、人畜排泄物和农田固废3类污染单元，测算化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、总氮（Total Nitrogen，TN）和总磷（Total Phosphorus，TP）3类污染物排放情况，并运用空间分析、重心模型和冷热点分析研究2005－2019年洞庭湖平原耕地面源污染轨迹迁移变化及空间格局。结果表明：1）从时序上看，2005－2019年间3类污染物排放总量和排放强度总体上均呈现下降趋势；从空间分布上看，COD排放强度等级分布更为集中，洞庭湖平原耕地面源污染程度呈现出"东部>西部>中部"的空间格局；2）从重心模型分析来看，3类污染物排放强度重心在东西方向上的移动更显著，并且重心移动速度呈现阶段变化；3）从冷热点分析来看，3类污染物空间分布格局差异性显著，COD最为明显，TP次之，TN最小，热点区域大多分布于洞庭湖平原东部，冷点区域大多分布于洞庭湖平原中部。研究说明了在生态文明建设过程中，洞庭湖平原耕地面源污染情况有所好转，并且各地区耕地面源污染程度和治理都具有差异性，为今后因地制宜治理耕地面源污染提供理论依据和思路。     

农业化学投入与农业经济增长脱钩关系研究——以河南省为例

[目的]在测算河南省农业化学投入与农业经济之间脱钩弹性的基础上,进一步分析河南省农业化学投入增减的影响及时空格局演化,为该省农业资源环境保护提供依据。[方法]采用Tapio脱钩模型分析河南省农业化学投入与农业经济之间的脱钩关系,利用LMDI分解模型对影响农业化学投入的影响因素进行分解,运用K-means方法对河南省农业化学效率进行聚类分析。[结果] 1993—2016年河南省农业化学投入总体呈"先升后降"态势,农膜、农药和化肥投入分别于2012,2014和2016年出现下降趋势;23 a来河南省农业化学投入与农业经济增长态势出现了从相对脱钩和扩张性负脱钩并存到相对脱钩再到开始出现绝对脱钩趋势的转变;耕地效应是农业化学投入增加的主要推动力量,效率效应对农业化学投入具有明显抑制作用,规模效应的影响不明显;从空间格局上看,豫东南地区农业经济增长对农业化学生产资料依赖程度较高,豫中和豫西北地区农业化学参与农业经济增长的程度较低。[结论]整体上看,河南省农业化学投入对农业经济增长呈现出了脱钩状态,但在区域内部还存在着较大的空间差异,未来河南省应采取差异化的农业化学控制政策。     

中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应

[目的]研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应,为深入了解耕地生态与农业经济的协调发展状况奠定基础。[方法]运用2011—2020年中国31个省份的面板数据,从耕地生态破坏程度入手,采用熵权法、TOPSIS法对各省域耕地生态破坏程度进行评价分析。并在此基础上引入Tapio脱钩模型,深入研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应。[结果]在初期,中国各省域农业经济增长多以牺牲耕地生态健康为代价。不同地区之间的耕地生态破坏与农业经济增长之间变化存在一定的差异。上海、浙江、西藏、重庆、福建等地区耕地生态破坏与农业经济增长发展协调性较高,其中上海一直以来均处于强脱钩理想状态,西藏、重庆、福建、浙江一直处于脱钩状态未出现负脱钩效应。就整体而言,绝大部分省域耕地破坏与农业经济增长的协调性逐渐增强,但部分地区不协调问题较为突出,需要尽快整顿。青海、湖南、新疆5次出现负脱钩状态,云南、河南、甘肃3次出现负脱钩状态。[结论]未来需要进一步促进耕地生态与农业经济的协调发展,牢牢守住耕地生态红线,扎实有效推进耕地保护工作。     

基于水足迹的贵州省平塘县农业用水与经济脱钩分析

[目的]从水足迹视角剖析平塘县农业经济增长与农业水资源利用耦合作用机理,为喀斯特峰丛洼地生态治理提供参考资料。[方法]利用联合国粮农组织推荐CROPWAT 8.0软件,测算平塘县2002—2015年农业水足迹,运用脱钩理论,分析平塘县2001—2015年农业发展与农业水资源利用脱钩态势。[结果](1)2002—2015年平塘县水足迹与生产总值整体上呈波动上升趋势,但其增长率波动性较大;(2)从Tapio脱钩弹性指数来看,现阶段农业经济增长与农业水资源消耗关系尚不稳定,农业水资源不可持续性利用状态仍存在;(3)2007年为脱钩关系较为理想年份,其次是2008年,协调状况最差是2006,2002—2015年脱钩态势系整体上,呈倒U形变化趋势;(4)从面积来看,研究时段弱脱钩面积比重范围为0%~97.9%(2010年最大,2013年其次,2007和2011年最小),强脱钩面积比重范围为0%~100%(2007年最大,2008年其次,2010年最小),衰退脱钩面积比重范围为0%~49.7%(2011年为49.7%,其他年份为0)。[结论]总体上,平塘县农业经济增长与农业水资源利用协调状况不佳。     

徐州市农业碳排放时空特征与脱钩效应

[目的] 分析徐州市时空尺度下农业碳排放时空特征与脱钩效应,为江苏省徐州市及其周边资源型城市未来农业的绿色高质可持续发展以及农业经济的良性增长提供理论与数据参考。[方法] 采用排放系数法测算2000—2020年时空尺度下徐州市农业碳排放总量、强度和结构,而后基于Tapio脱钩模型分析其与农业经济发展间的脱钩关系。[结果] ①徐州市农业碳排放变化趋势总体呈“快速上升—波动上升—快速下降”3阶段,从2000年的1.61×10⁶ t先增后减至2020年的1.69×10⁶ t,形象地表现为“M”形。对农业碳排放贡献率大小依次是耕地利用(46.44%)、作物种植(31.90%)和牲畜养殖(21.66%),化肥是最主要碳源。②徐州市各区(县、市)农业碳排放量差异明显,经历了由升到降的长期演化进程,空间层面上总体呈现出“中部高,周边低”的分布格局,邳州市最为突出; ③徐州市农业碳排放与农业经济发展总体经历了“弱脱钩—强负脱钩—扩张负脱钩—强脱钩”的变化历程,且“十三五”以来主要表现为强脱钩。[结论] 徐州市农业碳排放随着低碳减排理念的不断深入而日趋合理,农业经济发展也取得了一定成效。     

基于熵权-集对模型的耕地面源污染生态风险评价与防控——以新疆昌吉州为例

为构建以化肥、农药、农膜为主要风险源的生态风险评价与防控模型,基于熵权-集对分析模型尝试评价新疆昌吉州不同县市空间区域耕地面源污染风险等级异质性。结果表明,2004—2017年昌吉州化肥施用总量、农药使用总量和农膜使用总量逐年大幅增加,呈现未来增长态势。耕地质量等别年度监测数据的样本调查结果显示,土壤理化性质、质地、结构等多项指标均呈现不同程度的恶化。昌吉州耕地面源污染的生态风险强度区空间上主要分布于昌吉州西部的昌吉市、呼图壁县和玛纳斯县,生态风险中度区主要分布于昌吉州中部的阜康市、吉木萨尔县,生态风险轻度区主要分布于昌吉州最东部的奇台县和木垒哈萨克自治县。研究表明,新疆昌吉州耕地面源污染存在空间格局的生态风险异质性,呈现东、中、西污染聚集且由西向东依次减轻的空间分布规律,耕地面源污染的生态风险与区域产业经济发展、农民传统耕作方式、水文地质条件、地理位置、周边环境基础状况等因素相关。基于此,运用Bow-Tie模型构建了耕地面源污染生态风险的防控与差异化治理体系。     

甘肃省武威市凉州区耕地占用与经济发展的脱钩关系

[目的]对甘肃省武威市凉州区耕地占用与经济发展的关系进行实证研究,为经济发展中的凉州区的耕地保护工作提供参考。[方法]选取建设占用耕地量、非农GDP产值两个指标作为主要指标,并对非农GDP进行重新界定,采用改进的脱钩分析方法。[结果](1)凉州区2001—2010年建设占用耕地与非农GDP的关系主要呈现出7种状态,即强负脱钩、扩张负脱钩、强脱钩、衰退脱钩、衰退连接、弱脱钩、扩张连接,表现为强脱钩和弱脱钩的状态期数合计占统计期数的40%,总体上有2个年期处于强脱钩状态;(2)脱钩弹性曲线总体上表现出M形变化,呈现出"非理想状态—畸形状态—理想状态"的周期性变化,且凉州区近年来都表现为脱钩的理想状态,经济发展摆脱了以牺牲耕地资源为代价的经济增长方式。[结论]对非农GDP进行了重新界定,改进了脱钩的研究方法,研究结果及产生脱钩的原因与凉州区的实际情况相吻合。     

中国农业生产水环境承载力及污染风险评价

[目的]对我国各区域农业生产水环境承载能力和污染风险进行评价,以期实现水环境承载力的可控和生态环境的平衡,为合理规划农业生产密度与区域布局、实现农业可持续发展提供参考和意见。[方法]利用2006—2014年中国7大农区24个省份的统计数据,采用过剩氮和水盈余方法测算农业生产水环境承载力。[结果]中国农业生产水环境负荷警报值不断向污染威胁临界值靠近,辽宁、河南、河北、山东、江苏和宁夏6个地区的污染风险最为严重。[结论]污染风险严重的地区应强制实行农业生产总量控制与污染消减措施;东北平原、长江流域和华南基本不存在污染风险,可适当扩大农业生产规模;河套灌区和汾渭平原污染风险较低,应结合地区产业发展特色,重点加强污染物消减措施。     

四川省化肥面源污染环境风险评估及趋势模拟

系统评估农业化肥过量施用对生态环境的潜在风险危害,可为制定下一阶段农业面源污染防治工作提供决策参考。本文基于2000—2015年化肥施用量和耕地面积等数据,采用化肥施用环境风险评价模型,探讨了四川省化肥施用及环境风险的时空变化特征;通过设置延续现状和政策干预两种情景,模拟了四川省2016—2018年执行化肥施用零增长行动期间的化肥施用环境风险变化趋势。结果表明:四川省化肥施用总量在2000—2015年间整体呈增加态势,2015年四川省化肥施用强度为376.63 kg?hm~(-2),超过了中国生态市建设的化肥施用强度250 kg?hm~(-2)的生态标准。四川省2015年化肥施用的环境总风险指数为0.69,处于中等风险程度;氮、磷、钾肥施用的环境风险指数分别为0.69、0.72和0.46。钾肥施用的环境风险处于安全状态;氮肥和磷肥的环境风险区域集中在成都平原经济区、川南经济区和川东北经济区,呈现中等风险程度并有成片聚集特征。延续现状情景下,四川各地区化肥施用环境总风险指数处于0.48~0.69,存在不同程度增加。与延续现状情景相比,四川在完成化肥施用零增长行动的任务规划前提下,2016—2018年政策干预情景的化肥施用环境总风险呈现下降趋势。以关键时间点2018年来看,川东北经济区化肥施用环境总风险下降最明显,较2015年执行化肥零增长时下降4.24%。但四川省多数地区仍存在不同程度的化肥施用环境污染风险,当地生态环境具有明显压力。建议省级部门加强对成都平原经济区和川东北经济区的化肥面源污染监测,根据各地区差异特征制定不同施肥方案,协调粮食增产和生态保护间的关系。     

高集约化农区投入减量化与环境风险降低潜势的时空分异特征

该文应用氮足迹(nitrogen footprint,N footprint)、灰水足迹(grey water footprint,GWF)理论,以上海市青浦区为案例区,对集约农业土地利用系统的活性氮排放和非点源污染进行分析,运用非期望产出的SBM-Undesirable窗式分析模型,系统解析农业土地利用环境效率时空分异特征,综合评估农业土地利用系统投入减量化趋势与环境风险降低潜势。结果表明:1)在考虑活性氮排放和非点源污染约束下,2006-2013年青浦区农业土地利用环境效率相对较低,2006-2013年均值仅为0.669;2)2006-2013年青浦区年均劳动力、肥料和机械动力的潜在减量比例较高,8 a间潜在年均缩减总量分别为8 10~4人,4 501.59 t,27 928.44 k W;非点源污染灰水足迹的潜在减排比例高于污染氮足迹,潜在减排总量年均分别为52 046.88万m~3和381.04 t。花香桥街道具有最大的潜在投入减量化与环境风险降低比例。白鹤镇、练塘镇等具有较大的潜在缩减规模,应成为青浦区农业投入减量化和污染物减排总量控制的重点区域。该文评价结果可为制定农业可持续发展规划及农业产业政策提供参考。     

面源污染下三峡库区农业生态环境效率及影子价格测算

农业的现代化进程产生了较为严重的农业面源污染,将农业的生态环境效应纳入农业生产效率评价框架是研究的新方向。采用非径向、非角度的SBM-DEA模型,结合方向性距离函数,考察了2003-2015年期间重庆三峡库区农业生态环境效率,引入影子价格测算了各区(县)农业面源污染的边际减排成本。研究结果表明:2003-2015年期间,重庆三峡库区农业生态环境效率趋于稳步提升态势,但整体水平较低,平均值仅为0.508,全样本期投入无效率和非期望产出无效率平均值分别为27.3%和24.7%。农业生态环境效率较高的地区集中在都市核心区和库尾都市外围区,江北和大渡口的农业生态环境效率值为0.7;而库尾低山丘陵区、库中平行岭谷区、腹地山地丘陵区和腹地外围山地区的农业生态环境效率相对较低,尤其是巫溪、万州与开县农业生态环境效率值仅为0.4左右。从效率损失的原因看,化肥、农药的过度投入及其相应的逆生态环境效应表现突出,在投入无效率的来源分解中贡献最大,达35.82%;大渡口、南岸、江北、北碚与渝北农业面源污染排放的影子价格居前,分别为3.503、3.478、3.370、3.317、3.302亿元/万t,污染减排空间较小;万州、丰都与开县农业面源污染排放影子价格较低,分别为2.167、2.321和2.492亿元/万t。在制定区域排放目标时,应考虑区域农业生态环境效率的空间异质性,针对不同区域的农业生态环境效率和影子价格制定具有针对性的减排策略,尤其应当把生态环境效率改进余地较大和边际减排成本相对较低的地区作为减排重点地区。     

基于最小累积阻力模型的三峡库区耕地面源污染源-汇风险识别

耕地所引起的农业面源污染是三峡库区主要生态环境问题之一。该文设置距离长江干流0～20、20～40、40～60和60～80 km 的缓冲区,对库区耕地源景观划分4个等级,依据耕地面源污染过程,在获取地形、地貌、气象、水文、土壤和植被等方面的主要自然影响因子的基础上,构建影响耕地面源污染的阻力基面,借助最小累计阻力模型测算不同等级源景观阻力面,并通过自然断点法对阻力面进行5个等级的源-汇风险分级（极低风险区、低风险区、中风险区、高风险区和极高风险区）,以此识别影响库区耕地面源污染的源-汇风险格局,结果表明：①库区一级源耕地占总耕地面积的50%以上,越向外围延伸耕地分布空间越小,且重庆库区的分布多于湖北库区,旱地的分布多于水田;②在耕地源景观所处的缓冲区范围内,阻力面偏小,并围绕源景观向外呈现不断增大的趋势,且水田源景观阻力面大于旱地源景观;③受空间距离的影响,阻力面的空间特征表现为高值区空间范围明显小于低值区;④库区耕地面源污染源-汇风险格局特征表现为高风险趋势,极高风险区（21706.13 km2）>中风险区（16257.75 km2）>极低风险区（10311.6 km2）>高风险区（7464.65 km2）>低风险区（2221.61 km2）;⑤高风险区主要集中于库区平行岭谷区,而低风险区主要分散在距离长江干流偏远的秦巴山区和武陵山区;⑥研究结果有助于从影响面源污染的阻力面角度评价由耕地所产生面源污染的风险程度及等级,为科学防范和治理农业面源污染提供决策依据。     

不同施肥模式对太湖流域农田土体氮磷流失与营养累积的影响

[目的]研究不同施肥模式对太湖流域农田蔬菜产量及土体氮磷流失与营养累积的影响,为太湖流域农业面源污染防治和治理提供科学依据。[方法]以太湖流域农田土体蔬菜地为研究对象,采用田间径流池法进行不同施肥模式的田间小区试验。[结果]与常规施肥相比,优化施肥可减少地表径流氮磷流失量;有机肥的施用能有效抑制地表径流氮流失;与对照地相比,其他几种施肥处理均可使蔬菜植株氮、磷、钾素累积量增加。[结论]优化施肥可使研究区蔬菜产量提高31%,可使作物肥料利用率提高27%。     

南四湖流域非点源污染TN/TP时空格局及防治分区演变

[目的]探究非点源污染物TN,TP时空演变特征,找出影响流域非点源污染的主要污染物、污染源和影响TN,TP变动的最活跃单元,分析TN,TP污染防治分区演变,为南四湖流域非点源污染治理提供理论依据。[方法]以1990—2013年土地利用为基础数据,结合3S技术,运用输出系数模型和等标污染负荷法模拟非点源污染时空分布。[结果]1990—2013年期间南四湖流域非点源TN和TP污染排放量整体变化趋势是先上升后下降并趋于平稳,其中TN是主要污染物;TN的主要污染源是土地利用,TP的主要污染源是农业生活和畜禽养殖;1990—2013年期间,南四湖流域非点源TN和TP变动最活跃的单元是降水因子。[结论]南四湖流域非点源污染具有地区差异等特点。整体而言,湖西地区比湖东地区污染严重,但在近24a间,地区差异有缩小的趋势;1990—2013年期间,湖西地区非点源污染较为严重,属于重点治理区;北沙河流域、洸府河流域和梁济运河流域污染程度有加重趋势,是优先控制和重点治理区。     

基于GIS的伊通河流域农业非点源污染风险评估

针对伊通河流域农业活动带来的水体污染及水土流失等环境问题,在分析农业非点源污染影响因子的基础上,选择了土地利用类型、土壤孔隙度、年降水量及氮磷排放量等影响因子,建立了农业非点源污染风险评估指标体系,并应用GIS技术,通过工程图绘制和叠加分析,采用幂法计算各因子权值,确定了风险等级指数,最后划分了农业非点源污染风险分区。研究结果表明:在沿河地区和相对发达的城市周边地区,受水田耕作和畜牧饲养等因素影响,农业非点源污染风险较高;在较偏远地区与林区,农业非点源污染风险相对较低。     

宁夏农业面源污染及其影响因子解析

为探明宁夏农业面源污染特征及其主要影响因子,运用等标污染负荷法、主成分分析法、灰关联分析法,以地级市为单元研究宁夏种植业、养殖业、农村生活等农业面源污染来源化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)的负荷、特征以及主要影响因素。结果表明,宁夏农业面源污染最主要污染源为畜禽养殖,其等标污染负荷比达到30.38%,最主要污染物为TN,其等标污染负荷比达到61.67%。农业面源污染程度银川市、吴忠市为严重污染,中卫市为中度污染,石嘴山市、固原市为轻度污染。宁夏农业面源污染的主要影响因子依次为畜牧业产值、农业产值、农业耗水量、有效灌溉比例、农民人均收入、秸秆利用率、人均农业产值、农业人口、化肥施用量和耕地面积。