中国奶业全产业链绿色发展指标的时空变化特征

奶业是关乎国民健康和食品安全的战略性农业产业,本文从社会发展、经济效益、产品生产、资源投入和生态环境5个方面选取28项指标,发展和完善了中国奶业全产业链绿色发展指标体系和分级标准。基于该指标体系,利用NUFER-animal模型,定量分析了1990—2017年中国奶业绿色发展指标的时空分布特征,剖析了产业绿色发展的限制因素,阐明了优化途径。结果表明:中国人均奶制品消费量稳步提高,从2.0kg?cap.?1?a?1增加到12.5kg?cap.?1?a?1;奶牛单产水平不断提高,从2.4t?head?1?a?1增加到7.0t?head?1?a?1,种养系统氮素利用效率由8.4%提升至14.4%;单位牛奶的资源投入和环境代价均呈下降趋势,生产单位牛奶的蓝水足迹由0.5 m3?kg?1降低到0.2 m3·kg?1,耕地资源投入量由18.5 m2?kg?1降低到3.3 m2?kg?1;养殖系统氨挥发量指标由21.9 g(N)?kg?1降低到7.0 g(N)?kg?1,但仍远远高于欧美国家水平;牛奶生产和加工成本逐年增加,利润却低于欧美等先进国家的水平。空间特征分析表明:农牧交错带和东部沿海地区产品生产、资源投入和生态环境绿色发展水平相对较高,北方地区牛奶及奶制品的生产、消费水平均高于南方地区。发展种养一体化产业链融合绿色发展技术与模式、构建产销一体化产业链融合绿色发展利益共享机制和形成全产业链质量追踪服务体系与国民消费信任机制是促进中国奶业振兴和绿色发展的有效途径。     

推进种养结合的制约因素及政策建议

随着粮食增产的迫切需求和化肥工业的快速发展,我国种植业与养殖业养分物质循环断裂,推进种养结合成为实现农业绿色发展重要途径。但目前,我国从农户层面以及区域层面都存在着种植与养殖之间的纽带断裂,造成了农业资源利用的错位,也产生了资源环境双重压力。推进种养结合的堵点主要表现在养殖场责任尚未压实、有机肥施用不便利、堆肥质量标准缺失、社会化服务体系不完善等多方面。本文结合对国内和国际上推进种养结合的典型做法的分析,在强化提升国家粮食安全保障能力的大背景下,从优化种养布局规划、压实养殖主体责任、强化科技支撑、培育社会化服务组织等方面提出了当前构建全新的种养循环体系的建议。     

栾城城郊型农牧系统养分流动与环境排放时空特征

【目的】改革开放以来中国种植业和畜牧业生产模式及农牧系统结合程度都发生了很大改变,这种改变对农牧体系养分流动以及环境排放都产生了较大影响。论文以河北省石家庄市栾城区为例,分析其1985-2014年农牧系统生产结构、养分流动和损失时空变化特征,确定农牧系统养分损失的关键节点和影响因素,为栾城区以及其他县级行政区的农业可持续发展提供理论依据。【方法】采用食物链养分流动模型(NUFER模型：nutrient flow in food chain, environment and resources use)并结合实地调研,定量栾城区氮磷养分流动特征和影响因素。NUFER模型综合考虑了作物生产系统、畜禽生产系统、食品加工系统和家庭消费系统的氮磷养分流动、利用率和环境损失。实地调研采用面对面的问卷调研方式收集信息,调研内容包括农田养分输入输出、生产管理和养殖户农场养分输入输出、生产管理及粪尿管理等。【结果】2014年种植业蔬菜水果播种面积占总播种面积的比例达到25%,每公顷耕地氮和磷（折纯,下同）投入量分别为763和335 kg,单位面积氮和磷盈余量分别为132和237 kg·hm^-2;畜牧业养殖密度达到18 LU/hm²,饲料进口率达到75%,畜牧业源外源氮磷投入分别占农牧体系外源氮磷投入量的57%和39%,畜牧业源氮磷主产品输出占农牧体系氮磷主产品输出的60%和33%,是典型的高环境负荷的城郊型农牧生产体系。1985-2014年,畜牧业畜禽粪尿氮素还田率由59%降至35%。种植业氮利用率从45%降至43%,磷利用率从32%降至23%;畜牧业氮利用率从14%增至30%,磷利用率从4.4%增至10%;农牧系统氮利用率从41%降至36%,磷利用率从27%降至16%。2014年生产1 kg作物产品氮的平均氮损失为0.66 kg,生产1 kg作物产品磷的平均磷损失为0.11 kg;生产1 kg畜禽产品氮的平均氮损失为1.4 kg,生产1 kg畜禽产品磷的平均磷损失为1.8 kg;生产1 kg农牧系统产品氮的平均氮损失为1.5 kg·kg^-1,磷损失为0.75 kg·kg^-1磷产品。农牧体系氮损失的主要途径是氨挥发,农牧体系磷损失的主要途径是粪尿直接水体排放。【结论】受城镇化驱动和农牧系统生产结构改变的影响,经过近30年发展,栾城区成为高投入、高产出、低氮磷利用率、畜牧业占主导地位的高环境负荷的城郊型农牧生产体系。当前农牧系统养分利用率偏低、损失偏高主要源自过高的畜禽养殖密度、农牧分离以及农牧体系养分管理措施的不合理。因此,确定栾城区合理的畜禽养殖承载量,加强饲养管理,实行粪尿全链条管理等农牧结合措施将对农牧系统可持续发展具有重要意义。     

北京“土壤-饲料-奶牛”系统氮磷流动及环境损失时空特征

分析大城市郊区"土壤-饲料-奶牛"养殖体系养分流动和环境排放特征是合理控制养殖规模、促进农牧结合、保护生态环境和保障畜禽产品供应等政策制定的基础。本研究选取北京市郊区28个规模化奶牛农场,调研包括饲料来源和投入、奶牛生产和粪尿管理以及产品输出情况。结合公开发表的文献数据和北京市统计数据,利用NUFER-animal模型对1980—2013年北京市规模化奶牛农场"土壤-饲料-奶牛"生产系统养分流动特征、利用效率和环境损失的时空变化进行了定量化分析。结果表明,1980—2013年,奶牛个体尺度(仅包括泌乳牛)氮利用效率从14.9%增加到21.2%,磷利用效率从13.8%增加到27.3%;群体尺度(包括犊牛、育成牛、青年牛、泌乳牛和干乳牛)氮利用效率从14.5%增加到18.2%,磷利用效率从15.8%增加到24.9%;系统尺度(土壤-饲料-奶牛)氮利用效率从11.3%增加到15.8%,磷利用效率从13.3%增加到22.3%。北京市奶牛养殖个体尺度、群体尺度和系统尺度氮利用效率在1985年前减少;而1985年后逐渐增加。个体尺度、群体尺度和系统尺度磷利用效率均不断增加。系统尺度氮总损失从1980年的1 516 t增加到2013年的16 973 t;磷总损失从114 t增加到1 763 t。生产1 kg氮磷产品造成的氮和磷损失均表现出不断减少的趋势。北京市"土壤-饲料-奶牛"生产系统氮磷流动特征发生了很大变化,养分利用效率和总环境损失不断增加。产生这一变化的原因是养殖数量的增加、养殖模式从传统向集约化转变和环保管理措施的完善。因此,调整奶牛养殖从数量型向质量型转变以及提高喂养技术和粪尿管理水平等是提高都市奶牛养殖可持续发展的必要措施。     

化肥和饲料添加剂生产磷流动特征研究

磷是作物和畜禽生长必需的营养元素,同时也是不可再生资源。为了提高农牧业生产力,80%左右的磷矿石用于生产磷肥与磷饲料添加剂,因此提高磷肥和磷饲料添加剂生产效率至关重要。然而关于磷肥和磷饲料添加剂"采矿—选矿—磷酸—磷肥/磷饲料添加剂"整个链条的磷流动特征和各个环节效率的定量研究却很少。本研究通过企业实地调研,建立企业流动数据库,利用物质流分析的方法扩展了NUFER(NUtrient flows in Food chains,Environment and Resources use)模型的磷肥和饲料磷添加剂生产模块。以我国某大型磷化工企业为例,定量揭示磷化工企业"采矿—选矿—磷酸—磷肥/磷饲料添加剂"整个链条磷流动特征、损失和利用效率;分析各种磷肥和饲料添加剂产品生产磷流动、利用效率和磷足迹;并利用情景分析提出提高磷利用效率的策略和优化潜力。结果表明:2015年该企业利用含3.902?106 t P2O5的自然矿石,生产了2.426?106 t(折纯P2O5,下同)磷复肥和磷饲料添加剂,其中磷酸二铵和磷酸一铵是最主要的产品,分别为156万t和54万t。磷酸二铵、磷酸一铵、重过磷酸钙、磷酸一二钙、普通过磷酸钙、复合肥、硫肥和磷酸二氢钾产品的生产效率分别为98%、98%、93%、95%、91%、99%、98%和91%,整个生产链条的生产效率为80%。大多数的磷资源在矿石加工部门损失掉,占磷损失量的51%;其次是矿石开采部门(25%)和磷酸生产部门(14%)。通过提高生产效率和废弃物利用率,磷资源损失预计可以减少42%。研究企业的磷利用效率在国内已达先进水平,但仍有提升潜力。     

华北平原有机肥替代化肥条件下“粮-饲”轮作系统氮素表观平衡研究

为揭示有机肥替代化肥条件下华北平原不同轮作体系土壤-作物系统氮素表观平衡,布置田间试验,定量研究了不同施肥方式[化肥表施(C)、固态粪肥表施替代50%化肥氮(S)、液态粪肥注射施用替代50%化肥氮(L)]和不同轮作方式[籽粒玉米-小麦(T1)、青贮玉米/豇豆间作-填闲黑麦草(T2)、甜高粱-黑麦草(T3)、青贮玉米-黑麦草(T4)、高丹草-黑麦草(T5)]对作物地上部生物量及其氮携出量、0～200 cm土壤剖面硝态氮残留和土壤-作物系统氮表观损失的影响。结果表明:与轮作方式T1相比,T5夏秋季作物地上部生物量及其氮携出量提高幅度最大,其次为T3和T4,而T2却有所降低;各轮作方式冬春季地上部生物量较T1均有所降低,而对其氮携出量无明显影响。与施肥方式C相比,S和L可显著降低夏秋季作物地上部生物量及其氮携出量,降幅均小于15%,而对冬春季作物地上部生物量及其氮携出量无显著影响。与轮作方式T1相比,T3和T5可显著增加周年作物氮总输出量,且显著降低0～200 cm土层无机氮残留量和系统氮表观损失;与施肥方式C相比,S和L可显著降低周年作物氮总输出量和0～200 cm土层无机氮残留量,增加系统氮表观损失。研究表明,在华北平原农牧生产区,以养殖产生的固态和液态粪肥替代50%化肥氮条件下,甜高粱-黑麦草和高丹草-黑麦草轮作是氮肥偏生产力高、表观损失低的轮作方式。     

基于NUFER模型的生猪养殖氮磷利用效率及排放时空变化

城市郊区集约化畜禽生产系统的快速发展在满足日益增长的畜产品需求的同时也带来了严重的环境问题。该研究利用北京生猪养殖场调研数据和养分流动模型NUFER分析了1980年到2013年北京城郊生猪生产体系氮、磷养分利用效率和环境损失时空变化,并利用情景分析提出了5种饲料和粪尿优化管理措施。从1980年到2013年,育肥猪个体尺度(仅包括育肥猪)氮利用效率从17.8%增加到19.0%,磷利用效率从32.0%增加到35.8%;群体尺度(包括育肥猪、母猪等)氮利用效率从16.0%增加到16.7%,磷利用效率从29.5%降低到23.4%;系统尺度(土壤-饲料-生猪)氮利用效率从18.5%降低到11.4%,磷利用效率从41.6%降低到17.1%。2013年,总氮损失和总磷损失分别为4.22和0.65万t,较1980年分别增加了56.9%和97.0%。产生这一变化的原因是生猪养殖模式从家庭和传统养殖模式向集约化模式转变,家庭副产品作为饲料利用的比例迅速降低,养分循环链条中断,从而导致系统养分利用效率不断降低。但就育肥猪个体尺度和群体尺度而言,集约化生产模式优化了饲料精准喂养和粪尿管理。与此同时,2000年后国家提出了大量有关畜禽养殖的政策、法规、标准和规范,使得1980年至2013年间养分利用效率出现先减后增和环境损失出现先增后减的趋势。空间分布变化结果显示,北京城区和近郊区域由生猪养殖导致的环境损失迅速减少,而远郊区域的环境损失快速增加,这主要归因于城市发展规划。     

县域农田土壤磷素积累及淋失风险分析——以北京市平谷区为例

作物的磷素需求和投入的差异导致土壤磷素积累对环境的影响不同。通过分析京郊平谷区果树、蔬菜和粮食作物的磷素投入数量和农田土壤有效磷含量,比较研究不同作物体系中土壤磷素积累对环境的影响。结果表明,粮田、菜地和果园平均年际磷投入量分别为76、575kgP2O5·hm-2和693kgP2O5·hm-2,其中菜地和果园的磷素投入以有机肥为主,年际磷盈余分别达到498kgP2O5·hm-2和468kgP2O5·hm-2,远大于粮田的磷素盈余(38kgP2O5·hm-2)。这种状况造成粮田、菜地和果园土壤Olsen-P含量差异很大,分别为18.4(n=260)、44.3(n=108)mg·kg-1和40.4mg·kg-1(n=548)。分析钙质土壤Olsen-P与CaCl2浸提P的相关性发现,钙质土壤存在着Olsen-P与CaCl2-P突变拐点即磷的淋溶拐点,在拐点之后土壤CaCl2-P随土壤Olsen-P的增加而显著增加,且土壤磷淋溶拐点明显受土壤类型及质地的影响。按质地分类,砂壤、轻壤和重壤拐点分别是23.1、40.1mg·kg-1和51.5mg·kg-1,土壤质地由轻至重拐点Olsen-P值随之逐渐增加。根据质地模拟...     

肯尼亚和中国农业资源投入与农业单产水平变化

当前，肯尼亚和中国在生产足够粮食以保障粮食安全方面都面临着严峻的挑战。尤其是对于肯尼亚而言，因为其2100年预测的人口将达到2018年的1.4倍，且其粮食生产在过去并没有大幅度的改善。而中国近些年粮食生产能力显著提高。本文系统分析了肯尼亚和中国农业资源投入、种植业和畜牧业单产水平的历史变化，以及农业资源投入与产量之间的关系，为肯尼亚粮食危机和消灭贫困提供更多的理论支撑。研究结果表明，在20世纪60年代，肯尼亚耕地、草地和降水等自然资源人均占有量比中国高2~3倍，且人均食物能量和蛋白质供应显著高于中国。当前，肯尼亚人均资源拥有量仍高出中国约30%，但是其人均食品供应和粮食自给率却远低于中国平均水平。这是由于与肯尼亚相比，中国在种植业和畜牧业长期持续的投入，大幅度地增加了种植业和畜牧业能量或蛋白质单产水平。1961-2017年，中国和肯尼亚作物蛋白的平均单产分别增加282%和44%。中国的数据表明，种植业和畜牧业单产水平与肥料、精饲料、机械和农药的投入具有显著正相关性；农牧业生产结构对单产水平的变化影响也很大，如种植业中蔬菜和水果播种面积占比，畜牧业中单胃动物饲养占比等。总的来说，农业资源投入和农业结构对生产力的提高都有很大的影响，这可能是肯尼亚提高农业生产力的潜在选择。     

县域农田土壤磷素积累及淋失风险分析——以北京市平谷区为例

作物的磷素需求和投入的差异导致土壤磷素积累对环境的影响不同。通过分析京郊平谷区果树、蔬菜和粮食作物的磷素投入数量和农田土壤有效磷含量,比较研究不同作物体系中土壤磷素积累对环境的影响。结果表明,粮田、菜地和果园平均年际磷投入量分别为76、575kgP2O5·hm^-2和693kgP2O5·hm^-2,其中菜地和果园的磷素投入以有机肥为主,年际磷盈余分别达到498kgP2O5·hm^-2和468kgP2O5·hm^-2,远大于粮田的磷素盈余（38kgP2O5·hm^-2）。这种状况造成粮田、菜地和果园土壤Olsen—P含量差异很大,分别为18．4（n=260）、44．3（n=108）mg·kg^-1和40．4mg·kg^-1（n=548）。分析钙质土壤Olsen—P与CaCl2浸提P的相关性发现,钙质土壤存在着Olsen—P与CaCl2-P突变拐点即磷的淋溶拐点,在拐点之后土壤CaCl2-P随土壤Olsen—P的增加而显著增加,且土壤磷淋溶拐点明显受土壤类型及质地的影响。按质地分类,砂壤、轻壤和重壤拐点分别是23．1、40．1mg·kg^-1和51．5mg·kg^-1,土壤质地由轻至重拐点Olsen—P值随之逐渐增加。根据质地模拟,7．7％的粮田、44．0％的菜田、33．6％的果园土壤磷淋失风险较高。因此,合理的磷素投入在果树、蔬菜作物的可持续生产中具有重要的意义。