种养平衡——农业污染减排模式探讨

种植业与养殖业缺乏协调规划导致“种养分离”日趋明显,由此影响了种养系统间物质循环利用过程,导致畜禽粪便过量对生态环境造成极大危害。为此,从种养系统间物质循环与农业污染之间的内在联系出发,提出“种养平衡”发展模式,分别从以种定养、以养促种的角度探讨了种植业与养殖业平衡发展模式的实现途径：“以种定养”是从种养系统物质循环的角度合理规划养殖规模,防止畜禽粪便过量产出增加环境压力;“以养促种”是通过畜禽粪便无害化处理和科学合理地还田利用等手段,降低畜禽粪便资源化的环境风险。通过建立“以种定养”、“以养促种”的农业生产模式,实现废弃物高效循环利用,降低环境污染风险,从而缓解农业污染减排压力。     

中国北方平原地区种养循环农业现状调研与发展分析

中国各地根据自然条件、产业类型及资源禀赋等形成了不同的种养循环农业模式,然而,针对北方平原地区(包括东北地区、西北地区和黄淮海地区)的种养循环农业模式尚缺乏系统研究,可复制可推广可持续的典型模式亟待总结.该文以实地调研和文献资料总结分析形式,对北方平原地区121个种养大县的农业废弃物资源化利用系统调研分析,梳理总结出中国北方平原地区基于农业废弃物(畜禽粪污、秸秆、尾菜等)资源化利用,形成以沼气工程、好氧堆肥和秸秆资源化为纽带的种养循环农业模式.同时,深入分析现有种养模式存在问题,仍需优化种养业格局实现种养平衡,构建评价体系,因地制宜选择种养模式,加快关键技术研发,以指导北方平原地区乃至全国种养循环农业发展.     

发展循环农业是低碳经济的重要途径

低碳经济是当前世界应对全球气候变化问题倡导的新的经济发展思路,农业节能减排是发展低碳农业的重大任务。本文认为发展循环农业是农业节能减排的重要路径。主要体现在:发展农田循环生产模式,增强农田碳汇功能,实现物质减量化投入,促进低碳农业发展;发展农牧结合循环模式,减少废弃物污染,提高牧业竞争力;发展农菌循环链,延长农田产业链,提高农民收入;发展复合生物循环模式,增加生物多样性,提高农业自然资源利用效率;发展农业企业循环产业模式,实现农业节能减排的工程化。     

稻田种养结合循环农业温室气体排放的调控与机制

水稻在我国粮食作物种植中占据主导地位,在保障粮食安全、关系国计民生方面有着重要的作用。稻田是温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的重要排放源。因此,控制稻田温室气体排放对缓解全球温室效应具有重要作用。近年来,稻田种养结合循环农业在我国发展迅速,具有稳产增效、绿色发展的重要功效,同时显著影响了稻田温室气体排放特征以及全球增温潜势(global warming potential,GWP)。稻鸭共作、稻田养小龙虾、稻鱼共作、稻田养蟹、稻田养鳖等稻田种养结合循环农业模式,由于稻田养殖生物在稻田生态系统中添加生态位、延长食物链的增环作用,通过其持续运动、觅食活动等,不同程度地影响稻田温室气体的排放量和GWP,总体呈现出减缓温室效应的趋势。本文概述了稻田种养结合循环农业的CH_4和N_2O的排放特征及水分管理和施肥措施的影响效应,探讨了稻田种养结合循环农业的减排途径,并分析了稻田种养结合循环农业温室气体减排的研究前景,以期为我国稻田种养结合循环农业的健康发展和稻田生态系统减排增效提供参考。     

以沼气为纽带的种养结合循环农业系统能值分析

将沼气工程与种植业相结合,构建以沼气为纽带的种养结合的循环农业模式是当前处理猪场粪水的循环农业新模式。该文针对循环农业模式缺乏科学评价体系,以单纯的生猪养殖(模式Ⅰ)为参照,运用能值理论对福清星源畜牧场循环农业模式(模式Ⅱ)进行评价,结果表明模式Ⅱ整体效益优于模式Ⅰ,环境负载率比模式Ⅰ降低了15.00%,可持续发展指数提高15.71%,经济效益比模式Ⅰ提高18.96%,生产效益略低于模式Ⅰ。模式Ⅱ实现"资源减量化、物质再循环和再利用",并提高生态效益、经济效益,该文为种养结合循环农业模式推广提供科学依据。     

黄土丘陵区山地立体种养循环生产能流特征与经济效益分析

为揭示陕北黄土丘陵区典型循环农业生产模式的功能和效益,研究以宜君县山地立体种养结合循环生产模式为例,分析了该循环生产模式的能量流动和经济效益特征。结果表明:山地立体种养结合模式的有机能/无机能比达到46.2,是传统种植模式的92倍;种养结合模式和传统模式的能流密度分别为19.7,7.0 MJ/(m2·a)。种养结合模式的系统内依存度为37.4%,远高于传统模式,显示出较强的系统自我维持能力和稳定性。种养结合模式的能量产投比为1.07,略小于传统模式的1.14,但其成本利润率、年均收益率和经济产投比分别达到137.6%、4.6%和2.4,均高于传统模式的81%、2.7%和1.8;种养结合模式和传统模式的投资回收期分别为4年和7年。综上,山地立体种养结合模式能够有效地利用系统废弃物,提高能量利用效率,表现出良好的经济效益和较强的抵抗经济风险的能力,在该丘陵区具有良好的推广价值。     

红壤农业生态系统的养分循环、平衡及管理

An experiment was conducted in a red soil derived from Quaternary red clay in the Ecological Experiment Station of Red Soil, the Chinese Academy of Sciences, located in Yingtan (28° 15' 30' N, 116° 55' 30' E), Jiangxi Province. The results show that the major ways of nutrient loss are leaching and nitrogen volatilization. Rationalizing crop distribution, stimulating nutrient recycling, and improving internal nutrient flow are effective measures to decrease nutrient loss and to promote nutrient utilization efficiency. The important ways of regulating nutrient cycling and balance in the agroecosystem of the red soil are to establish optimal eco-agricultural models, practice balanced fertilization and combine the cropping system with the livestock system.     

丹麦养分管理农业养分管理政策和机制的创新及启示

丹麦是欧洲重要的农产品出口国,除了独特的自然优势如肥沃的土地、适宜的气候外,高效、环保和严格的农业管理体系是其成功的主要的原因。上世纪70年代开始,自遭受滥施化肥带来的环境污染后,丹麦便开始谋求农业转型。在建设养分管理体系时将强烈的环保意识体现在详细的法律法规中,其中有几个突出之处值得借鉴。一是建立了科学的养分管理标准体系。以氮素配额标准制定为例,丹麦的氮投入标准充分考虑了作物养分的动态需求和土壤质地及灌溉制度等要素,分类层次比其他欧盟国家更为细致;二建立了完善的监测和预警体系。在30多年的时间里,丹麦建设起了覆盖全国的监测网络。各个站点都经过了科学筛选,都具有较强的代表性。这些站点每年可获得大量且不同类型的数据,为政策评估、科学研究提供了分析依据。三多种类型政策互为补充,"组合拳"优势明显。前期出台多项限制型政策迅速搭起框架,后期推出经济类措施调控市场活动,调动农户积极性。本文旨在通过对丹麦主要相关政策及具体措施的梳理与效果评价,探寻我国可以学习借鉴的先进经验并提出建议。     

吉林省发展循环农业的问题与对策

当前吉林省正在大力发展农业循环经济,以实现农业可持续发展。本文介绍吉林省发展循环农业现状,分析了其在发展过程中存在的诸多问题,在此基础上提出了加大宣传力度、加大投资融资支持力度、提高循环农业的技术创新能力、建立健全循环农业发展的制度体系等政策性建议。     

集约化奶牛养殖场不同粪尿处理阶段氮素分布及氨排放特征

为促进奶牛养殖场的大气氨排放控制,形成奶牛养殖场粪便中氨排放的阻控体系,该文在冬季和夏季对内蒙古呼和浩特地区奶牛养殖场A和奶牛养殖场B的大气、牛粪和牛尿进行了采样试验分析,研究了2种奶牛养殖场不同处理工艺的氨排放特征。静态试验结果表明,奶牛养殖场A和奶牛养殖场B氨气排放浓度最高的是氧化塘处理工艺、预处理工艺,分别为冬季0.862,3.169 mg/m3,夏季2.785,2.130 mg/m3。动态试验结果表明,牛粪的氨排放系数要高于牛尿1.85倍,奶牛养殖场A和奶牛养殖场B平均排放系数分别为29.23%、49.36%。奶牛养殖场A和奶牛养殖场B总大气氨排放量分别为冬季172.69,1 101.00 kg/d,夏季284.70、1 395.32 kg/d。2种处理工艺冬季和夏季大气氨含量均满足畜禽场环境质量标准,但超过人居空气质量标准。     

蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵挥发性有机物排放特征

为研究蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程产生的挥发性有机物(volatile organic compound,VOCs)及主要致臭物质,开展了蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵试验,采用气相色谱-质谱法和三点比较式臭袋法分析了好氧发酵升温、高温和降温阶段产生的VOCs种类和浓度及臭气浓度。结果表明,蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程共检出34种VOCs,其中芳香烃类化合物11种、烷烃7种、含硫化合物4种、酮类4种、卤烃类化合物3种、醇类2种、酯类2种、醛类1种;发酵升温期臭气浓度最大,达72 443,而在降温期产生的VOCs种类最多为29;在联合好氧发酵过程中主要致臭物质为甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、NH3和H2S,羰基硫、乙醛和苯乙烯仅在高温期产生且浓度较高;根据嗅阈值比值大小与最大浓度,需重点监测和控制恶臭物质的顺序是二甲二硫醚H2SNH3甲硫醚。该研究结果为蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程中恶臭物质的监测和控制策略研究提供理论依据。     

中国农业循环经济标准体系构建与对策

农业循环经济标准体系构建是开展农业循环经济的基础性和统领性工作,目前中国在农业循环经济领域已积累了较多成功经验,但尚未建立完整的标准体系。该文剖析了中国农业循环经济标准体系构建所存在的核心问题,基于农业产业链和农产品生命周期视角,系统阐述了中国农业循环经济领域的标准体系构建过程、基本组成、结构维度(包含产业链维、产业维、层次维)、制定原则和结构框图,构建了包括基础、管理通用、产业链链接、方法与专用等4个层次的农业循环经济标准体系;最后详细解析了农业循环经济、生态农业及有机农业标准关系的关系;并根据中国循环农业产业发展的实际需求,按照轻重缓急原则提出亟需制定的相关标准建议,可为中国农业循环经济标准化、规范化发展提供理论依据。     

畜禽粪污土地承载力系统动力学模型及情景仿真

为实现畜禽粪污土地承载力系统评估、预判其发展态势及考察不同减排政策的实施效果,本文进行畜禽粪污土地承载力系统模型的设计、仿真与情景调控。在社会经济、畜禽养殖和种植业各子系统及其要素分析的基础上,以中国北方畜牧大市——石家庄市为例,建立畜禽粪污土地承载力系统动力学模型并进行有效性检验。系统运行结果显示,模型具有具有较好的稳定性,而且模拟值与实际值误差普遍小于10%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用系统动力学模拟仿真不同方案下的石家庄市2007—2025年畜禽养殖土地承载力变化情况。本文设置了4种与系统惯性发展相比较的方案——调整养殖业经济结构、调整环境保护治理投资、调整粪肥占施和协同发展模式,并针对上述5种情景进行仿真。仿真结果显示:1)惯性趋势发展条件下,畜禽养殖业和种植业的产出规模都有增长,但种植业产量增长不及畜禽养殖业的增长,致使种植业难以消纳畜禽养殖产生的氮磷排放,土地承载压力加大;2)调整养殖业经济结构情景下,氮、磷平衡承载均呈现出下降的趋势,但磷平衡承载仍存在压力;3)调整环境保护治理投资情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载压力下降明显,但只有后8个年度可载;4)调整粪肥占施情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载情况虽好于初始情景,但仍超载;5)协同发展模式下,氮、磷平衡承载压力均呈下降趋势,且氮、磷承载均处于可载的水平,通过比较分析发现,协同发展模式的效果最好。本研究一方面为开展畜禽养殖污染监测评估工作、建立畜禽养殖污染评估机制提供支撑,另一方面为畜牧大市(县)和其他资源环境超载区养殖业发展的调控提供科学依据。     

中国农业源温室气体排放与减排技术对策

农业是重要的温室气体排放源。该文通过对文献资料和大量研究结果进行分析,得出中国农业活动产生的甲烷和氧化亚氮分别占全国甲烷和氧化亚氮排放量的50.15%和92.47%,农业源占全国温室气体排放总量的17%;通过改善反刍动物营养可降低单个肉牛甲烷排放15%～30%;推广稻田间歇灌溉可减少单位面积稻田甲烷排放30%;一个户用沼气每年最大可减少温室气体2.0～4.1 t二氧化碳当量;推行缓释肥、长效肥料可减少单位面积农田氧化亚氮50%～70%。该文建议尽快开展减排技术示范,对减排技术的适应性和经济性进行评价。     

中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究

为了评估中国畜禽粪便资源总量及其对环境的影响,以环保部、统计局和农业部发布的区域畜禽产排污系数为基础,利用2010年的统计数据,研究了中国及各省的畜禽粪便资源总量、能源潜力及农地的氮磷负荷,并以欧盟的农地氮磷施用标准对中国畜禽养殖的环境容量和污染风险进行了初步评估。结果表明,2010年,中国畜禽粪便总量达22.35亿t,可产沼气1072.75亿m3,山东等6省市粪便资源超过1.00亿t;全国单位面积农地氮磷平均负荷为43.73kg/hm2(TN)和9.16kg/hm2(TP),北京等6省市农地氮磷负荷超标;全国畜禽养殖环境容量为129.56亿头猪当量(以N为基准),159.74亿头猪当量(以P为基准),实际养殖总量约占环境容量的1/4,考虑化肥施用的影响,约有20个省超过本省50%环境容量。研究结果为区域畜禽养殖总量控制、合理布局和粪污的综合利用提供决策依据。     

华北地区饲料和畜禽粪便中重金属质量分数调查分析

为加强重金属的源头控制,进一步形成农产品产地有机肥源重金属阻控体系,该文对华北地区畜禽饲料和粪便中重金属质量分数进行采样调查分析,结果表明,华北地区畜禽粪便超标以Cu、Zn为主,Pb、Cr和As次之,Cd、Ni和Hg不超标。各种畜禽粪便以猪粪和肉鸡粪的超标情况最为严重,肉牛粪、蛋鸡粪次之,奶牛粪不超标。猪粪的Cu、Zn超标率分别高达100%、91.67%,肉鸡粪主要以Cr、Cu、Zn污染为主,超标率分别为50%、66.67%和50%,而蛋鸡粪仅有Cu超标,超标率为11.11%。不同畜禽饲料中重金属的超标情况以猪饲料和肉牛饲料最为严重,肉鸡饲料及奶牛饲料次之。按照农业部1224公告对Cu、Zn的标准,猪饲料中Cu、Zn超标率为66.67%、80.00%,肉鸡饲料中Zn超标62.50%;按照饲料卫生标准对Cr、Pb的标准,肉牛中Cr、Pb超标83.33%、66.67%,奶牛饲料中Cr超标60.00%,蛋鸡饲料中Pb超标53.85%,不同畜禽饲料中Cd的质量分数均不超标。畜禽粪便中重金属Cd、Cr、Cu、Zn的质量分数与饲料中重金属质量分数呈极显著正相关(P0.01),Pb、As与饲料中重金属呈显著相关性(P0.05)。该调查研究有助于掌握华北地区重金属饲料-畜禽粪便污染现状,揭示了对于畜禽粪便或有机肥的重金属超标问题应从源头控制。     

洞庭湖区畜禽粪便中氮素污染及其环境成本

畜禽养殖在保障肉食供应、改善居民生活、增加农民收入等方面发挥着重要作用,但是畜禽粪便中的氮素也给环境造成严重污染,加强畜禽粪便氮素污染及其环境成本研究有重要意义。该研究以湖南洞庭湖区为对象,从耕地、水体、大气3个方面估算了该区域畜禽粪便的氮素污染及其环境成本。结果表明,2006年湖南洞庭湖区畜禽粪便中的氮素养分为18.99 万t,粪便中氮素污染的环境成本为8.77亿元,其中对农田、水体、大气污染的环境成本分别为2.32 亿元、4.81亿元、1.64 亿元。畜禽粪便氮素养分所产生的环境污染问题已经不容忽视。     

基于动态箱法的北京延庆区牛粪堆放CH4和N2O排放量估算

畜禽粪便堆放管理会造成甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)等温室气体的大量排放。通过联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)建议的排放系数等方法,可以实现对某一区域范围内畜禽粪便管理系统的温室气体排放总量的估算,但由于其排放受粪便管理、气候条件等因素的显著影响,直接套用IPCC的默认系数会产生较大的误差。为更加准确估算中国奶牛粪便管理所造成的CH_4、N_2O排放,该文在对北京延庆区奶牛生产与粪便管理模式进行了实地调研的基础上,采用动态箱法模拟了奶牛粪便不同季节短时自然堆放管理模式下的CH_4、N_2O排放过程,并对区域内的年温室气体排放总量进行了测算。研究结果表明,奶牛粪便在一个月的自然堆放管理模式下,每千克牛粪挥发性固体在春、夏、秋季的CH_4排放量分别为223.97、4 603.31、351.38 mg,每千克牛粪N_2O排放量分别为5.86、9.43、0.81 mg。2016年北京延庆区全年奶牛粪便CH_4、N_2O排放总量分别为13 342.50、347.87 kg。延庆区奶牛粪便堆放管理过程的CH_4排放因子为1.50kg/(头·a),小于IPCC指南中的1.78 kg/(头·a);受堆放时间较短的影响,N_2O的排放因子则显著小于IPCC的推荐值。若直接使用IPCC默认参数估算延庆区奶牛粪便堆放管理过程中的CH_4和N_2O排放量,会造成排放量的高估。