都市圈“土壤-饲料-动物”系统养分流动与环境效应——以北京市为例

【目的】随着中国城市化进程的加快和经济的快速发展,人们对食品的需求和饮食结构发生了明显变化。城郊农牧生产的集约化发展在满足人们日益增长的对动物性产品和高品质植物性产品需求的同时,也带来了严重的资源浪费和环境污染问题。论文通过分析都市圈"土壤-饲料-动物"体系养分流动和环境排放特征,为养分资源综合管理、促进农牧结合和保护生态环境等提供科学建议。【方法】通过对北京市生猪(92个)、奶牛(28个)、肉牛(11个)、蛋鸡(27个)、肉鸡(26个)和肉鸭(16)共计200个农场的生产管理、饲料来源和投入、粪尿管理、还田利用的调研,总结出北京市农牧生产不同规模体系的特征参数,结合食物链养分流动模型(nutrient flows in food chains,environment and resources,NUFER)、北京市历史统计数据和文献参数数据对北京市都市圈农牧系统的氮磷流动、养分利用率和环境损失进行综合评价。对1980年与2013年农牧生产体系养分流动特征、利用率和环境排放特征的时空变化进行比较分析。【结果】从"土壤-饲料-动物"体系氮磷流动特征分析结果可以看出,体系中氮磷的投入和输出结构发生了较大变化。2013年,"土壤-饲料-动物"体系中进口主产物饲料氮磷投入是主要的养分来源,而1980年进口副产品饲料是主要的氮磷投入源。2013年氮磷损失为主要的输出项,而1980年氮磷还田为主要的输出项。这就说明随着城市化的发展和农牧系统的规模化,越来越多的外来养分在都市农牧系统中集中,从而带来了更大比例的环境损失输出。2013年,农牧生产体系氮素利用率NUEC+A为29.0%,与1980年相似。其中2013年农牧生产体系中的作物生产体系氮素养分利用率NUEC为33.0%,低于1980年的39.5%,而2013年动物生产体系NUEA为20.6%,高于1980年的17.8%。环境损失特征分析结果显示,单位面积氮磷损失和损失途径均发生了较大变化。2013年,每公顷耕地面积氮素和磷素总损失分别为436.5和37.5 kg·hm~(-2),而1980年的氮素和磷素损失分别为77.5和3.2 kg·hm~(-2),2013年单位耕地面积的氮素和磷素损失量较1980年分别增加了4.6倍和10.7倍。2013年氮素气体损失占氮素总损失的比例最大,为61.1%,其次为直接排放,为31.3%,淋溶径流损失比例最小,为7.6%。与1980年相比,气体损失比例明显降低,而无序排放比例明显增加,超过淋溶径流成为第二大损失途径。2013年磷素直接排放损失比例超过淋溶径流成为最主要的排放途径。同时,北京市"土壤-饲料-动物"体系环境氮磷损失在城郊区域迅速增加,而在城市中心区域迅速减少。【结论】1980—2013年间,北京市"土壤-饲料-动物"系统氮磷流动特征和环境排放时空分布发生了很大变化。这些变化与种养结构的变化、养殖规模和方式以及环保政策密切相关。     

几种土壤溶液中Cu,Pb,Cd的活度及其络合特性

介绍并用法测定几种不同生物气候带土壤溶液中 Cu,Pb,Cd 的活度及计算络合数值,并进行综合评价。研究了调节土壤 pH 值及施加改良剂 CaCO_3及 K_2HPO_4对 Cd 在土壤溶液中的活度及络合敬值的影响。结果表明:潜育泥炭土、碳酸盐褐土、浅色草甸土等北方土壤中 Cu,Pb,Cd 的活度较低,络合数值较高;而红壤、黄棕壤等南方上壤溶液中却得出相反的结果。同种供试土壤溶液对 Pb 的络合数值高于 Cu。改变 pH 值使不同土壤溶液对 Cu 的活度及络合数值影响不同。Cd 污染使大部分土壤溶液中 Cd 的活度升高,络合数值降低,而施加改良剂 CaCO_3与 K_2HPO_4却使大部分土壤溶液中 Cd 的络合物数值增加,但较对照土壤仍偏低,为土壤 Cd 污染的调控与治理提供依据。     

镉对紫花苜蓿种子萌发的影响

研究了重金属Cd对紫花苜蓿种子萌发及幼苗生长的影响,结果表明,0.00~15mg/kgCd具有提高种子发芽率、发芽势、活力指数及促进芽生长的作用,高浓度的Cd则降低种子的发芽率和活力指数。Cd对紫花苜蓿根的抑制效应大于芽。     

土壤对铜、镉、铅、氟的吸附及改良剂对土壤－植物系统中养分元素有效性的影响

研究了不同生物气候带下的几种土壤对Ｃｕ，Ｐｂ、Ｃｄ、Ｆ的吸附特性、缓冲性及其对土壤中养分元素比例变化的影响；改良剂ＣａＣＯ３及Ｋ２ＨＰＯ４的使用对土壤一植物系统中养分元素分布及有效性的影响。结果表明，有机质含量高的泥炭土及ＣａＣＯ３含量高的褐土对Ｃｕ、Ｐｂ、Ｃｄ的吸附性强，缓冲性强，而红壤及黄棕壤对上述供试元素吸附性弱，缓冲性弱。Ｃｕ、Ｐｂ、Ｃｄ污染使土壤溶液中Ｃａ含量增加，Ｆ污染使土壤溶液中Ｆｅ含量增加。施用改良剂可以改变土壤－植物系统中的可溶态Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ的分布。在红壤、黄棕壤中施加ＣａＣＯ３比施加Ｋ２ＨＰＯ４效果为佳，可以增加土壤－植物系统中养分元系的有效性。     

几种土壤溶液中Cu,Pb,Cd的活度及其络合特性

介绍并用Ｃавич法测定几种不同生物气候带土壤溶液中Ｃｕ，Ｐｂ，Ｃｄ的活度及计算络合数值，并进行综合议价。研究了调节土壤ｐＨ值及施加改良剂ＣａＣＯ３及Ｋ２ＨＯＰ４对Ｃｄ在土壤溶液中的活度及络合数值的影响。结果表明：潜育泥炭土，碳酸盐褐土，浅色草土等北方土壤中Ｃｕ，Ｐｂ，Ｃｄ的活度较低，络合数值较高；而红壤，黄棕壤等南方土壤溶液中却得出相反的结果。同种供试土壤溶液对Ｐｂ的络合数值高于Ｃｕ。改变ｐＨ值     

镉对紫花苜蓿种子萌发的影响

研究了重金属Cd对紫花苜蓿种子萌发及幼苗生长的影响,结果表明,0.00~15mg/kgCd具有提高种子发芽率、发芽势、活力指数及促进芽生长的作用,高浓度的Cd则降低种子的发芽率和活力指数。Cd对紫花苜蓿根的抑制效应大于芽。