海南岛农牧生产体系磷元素流动时空变化特征

【目的】 通过对1987—2016年海南岛农牧生产体系磷元素流动时空特征及环境效应进行定量分析,研究其流动过程和规律,探讨农牧生产体系磷素的优化管理途径,为海南岛农牧业可持续发展提供科学依据。【方法】 研究基于食物链养分流动模型（NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use,NUFER）,通过统计数据、文献检索、实地调研,并结合Origin等软件,定量计算海南岛农牧生产体系的磷素输入、输出、利用率及其环境效应,并通过情景分析探索海南岛农牧生产体系磷素的可持续利用途径。【结果】 30年间海南岛农田生产子系统磷素总投入量从21.34 Gg增至81.19 Gg,总输出量由6.20 Gg增至18.20 Gg,化肥作为该系统磷素主要来源,输入量由19.01 Gg增至79.23 Gg,作物产品作为农田磷素主要输出项,30年间由5.25 Gg增至15.48 Gg。动物生产子系统磷素总输入量由11.40 Gg增至15.31 Gg,总输出量由9.63 Gg增至11.90 Gg,其中外源饲料磷素输入量由1987年的10.97 Gg增至2016年的14.77 Gg,动物产品输出量30年间增长了4.95 Gg。秸秆还田量和作物饲用量分别增加了0.37和0.26 kg·hm ^-2,粪尿还田量则减少了0.80 kg·hm ^-2。空间分布上,澄迈、定安等地30年来磷素输入和输出量较高,五指山、琼中等地较低。就磷素损失情况来看,1987—2016年,海南岛单位耕地面积土壤磷盈余量由35.00 kg·hm ^-2增至147.40 kg·hm ^-2,2016年土壤磷素盈余量较大的是琼海、澄迈、保亭和临高,分别为372.79、279.82、194.14和181.09 kg·hm ^-2。磷的其他损失途径为土壤侵蚀、径流和淋洗,损失量在1.21—5.85 kg·hm ^-2。畜禽粪便单位耕地面积承载量维持在3.83—5.77 kg·hm ^-2。30年来,磷素利用率增长缓慢,其中农田生产子系统磷素利用率由13.01%增至13.86%,动物生产子系统磷素利用率由4.78%增至7.62%,农牧结合体系磷素利用率由10.78%增至13.09%。情景分析结果显示,保证农牧生产体系各子系统间的协调稳定发展以及通过科学的养分管理方式提高资源的循环利用率对促进海南岛农牧业发展意义重大。 【结论】 受农牧生产体系规模、区域发展以及管理方式等因素影响,海南岛农牧生产体系环境损失情况严重,磷素利用率较低,体系出现了较严重的分离。因此,在海南岛未来的农牧生产中,应优化技术手段和管理措施,如控制磷素的过量输入,减少粪尿的直接排放,提高秸秆和粪尿循环利用率。同时也应促进农田生产子系统与动物生产子系统间的协调关系,走农牧结合的可持续发展道路。     

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。     

东北地区农牧系统氮、磷养分流动特征

【目的】东北地区是中国重要的商品粮基地及畜牧产品生产地,农牧产品大量生产影响养分流动的趋势,而不同地区的养分流动又存在一定差异,明确不同地区农牧系统养分流动特征,揭示其存在的问题,并针对不同的流动特征提出合理的优化策略,为区域农牧系统氮、磷养分的管理提供理论依据。【方法】通过整理1984-2014年统计资料数据和查阅相关文献参数,利用NUFER模型（nutrient flows in food chain, environment and resources use）,以东北地区3个省份的农牧系统为研究对象,估算各省域农牧系统中氮、磷养分的流量、损失量,并对各省域氮、磷养分的循环利用情况、损失途径及利用率作出综合评价,探究东北地区氮、磷养分在农牧生产系统中变化趋势及特征。【结果】1984年吉林、辽宁、黑龙江地区农牧系统氮素总输入量分别为669、746、716 Gg;磷素总输入量分别为121、222、169 Gg,至2014年氮素输入量增长至1 899、1 572、2 256 Gg;磷素输入量达到471、393、769 Gg,氮、磷养分的投入量表现为黑龙江＞吉林＞辽宁。氮素养分损失率吉林地区最高,磷素养分损失率辽宁地区最高。氮、磷养分循环再利用方面,吉林地区的循环利用率最高,辽宁地区最低。近30年,吉林、辽宁、黑龙江地区农田生产系统氮素养分利用率分别下降10%、11%、32%;磷素养分利用率分别下降16%、2%、23%。畜禽生产系统中,氮素养分的利用率分别增加3%、11%、10%,磷素养分利用率分别增加0.8%、1.9%、3.2%。农牧结合生产系统氮素养分利用率分别由1984年的26%、36%、52%降至2014年的13%、21%、22%,整体表现为黑龙江＞辽宁＞吉林;磷素养分利用率由1984年的25%、25%、31%降至2014年的9%、14%、10%,表现为辽宁＞黑龙江＞吉林。【结论】1984-2014年,东北地区农牧系统氮、磷养分投入大幅增加,不同省域间表现出明显差异。黑龙江地区的氮、磷养分可利用总量均最高,而氮、磷养分的循环再利用率则表现为吉林地区最高。东北地区农牧结合系统中,黑龙江地区氮素利用率高于其他地区,辽宁地区的磷素利用率高于吉林和黑龙江地区。吉林和辽宁地区的氮、磷养分损失率分别高于其他地区。因此,需要针对不同地区的养分流动特征提出农牧管理方面合理化建议,为东北地区的农牧业可持续发展提供依据。     

近20年重庆市农牧生产体系氮素流动特征及驱动力分析

【目的】通过评价重庆地区农牧系统的氮素流动特征,明确氮素的主要损失途径及驱动因素,提出未来农牧生产中氮素管理措施,为实现重庆地区农牧系统氮养分的高效利用提供数据支撑。【方法】通过查阅文献及统计数据并结合调查研究,采用NUFER（nutrient flow in food chain, environment and resources use）评价方法,以重庆市农牧生产系统为主要研究对象,定量1996-2015年间农牧系统的氮素流动特征,明确其环境代价。在此基础上,探讨人类活动与农牧系统氮素流动特征变化之间的关系,并通过对2020年不同氮素管理情景分析,探索区域氮素的可持续利用途径。【结果】1996-2015年,重庆市农牧系统氮素输入总量增长19.2%,2015年达到1 006 Gg,其中化肥贡献57%以上;氮素输出总量增长16.5%,2015年达到844 Gg,环境损失为最大的氮素输出项,占输出量的61.7%左右,其中农田生产和畜禽养殖系统分别贡献45.1%和54.9%;农牧系统内氮素循环总量增长42.7%,2015年达到448 Gg,其中秸秆还田和畜禽粪尿还田氮量分别达到32.7和95.0 Gg,20年间分别增长55%和44%。1996-2015年重庆市蔬菜瓜果等经济作物种植比例从10%升至28%,粮食作物种植比例从82%降至62%,肉蛋奶等动物主产品输出量增加83%。农牧生产结构的变化与氮素利用和损失的变化呈现显著的线性正相关关系,但人均GDP (gross domestic product)的增长与氮素利用和损失的变化没有呈现明显的线性关系,表明影响系统氮素流动特征的主导因素应该是农牧生产结构变化,而经济发展水平的变化只是起到了刺激农牧产品消费的作用。通过情景分析,若在2020年实现《重庆市农业农村发展“十三五”规划》的农产品生产目标,保持目前的氮肥投入和氮素管理现状,将会增加18 Gg氮素损失,同时降低氮素利用率1.2%;通过提高系统内部氮素循环利用率,优化作物生产养分管理,可在实现生产目标的同时,分别减少氮肥投入和氮素损失量15%和4.2%,提高农牧系统氮素利用率1.3%以上。【结论】在近20年中,重庆市农牧生产系统氮素流动特征发生了很大变化,氮素输入强度和环境损失在不断增加,而农牧生产结构改变是其变化的主要驱动力。在重庆未来农牧生产中,减少畜禽生产系统氮素的直接排放,加大畜禽粪尿和秸秆循环利用力度,优化作物生产系统氮素管理措施和提高氮素利用效率,是实现农牧生产和生态环境的平衡发展的有效措施。     

云南省农牧生产系统氮素流动时空变化特征与环境效应

【目的】研究云南省农牧生产系统的氮素流动途径并评价其环境效应,提高农牧业氮素利用率,改善农业生态环境,为制定符合云南省农业发展规律的政策提供科学依据,实现社会经济生态的可持续发展。【方法】通过运用食物链养分流动模型（nutrient flows in food chains, environment and resources use,NUFER）,从时间序列的角度分析1995-2014年云南省农牧业氮素养分流动时间分异特征,结合GIS,从空间格局角度分析2014年云南省16个地州农牧业氮素养分流动空间分布特征。【结果】1995-2014年云南省农牧系统氮素投入量逐年递增,从1995年的2.1×10⁶ t增至2014年的3.5×10⁶ t。氮肥的施用和饲料进口是造成农牧系统氮素投入量增加的主要原因。农田主产品吸氮量与动物生产系统主产品吸氮量在时间上呈现同向增长的关系,农产品吸氮量1995-2014年间上涨2.1倍,动物生产系统主产品吸氮量上涨8.5倍,其中2000年、2006年变化最为剧烈。云南农牧业快速发展的过程中,由于作物播种面积扩大、栽植技术提高,畜牧业养殖规模扩大,模式改良所引起的氮素吸收效率提高。云南省农牧生产系统氮素流动表现出极大的不平衡性;氮素投入呈现放射式分布特征,中心投入量高,四周投入量逐渐递减。吸氮量则表现出与区域社会经济发展状况相协同的特点,经济发达地区吸氮量较高,经济发展滞后的区域,吸氮量较低。由于地形条件引起的径流、侵蚀、淋洗,以及由于施肥方式不合理所引起的氨挥发是导致农牧生产系统中氮素损失的重要原因。根据云南省氮素投入、吸收和损失规律,可将各地州划分为高投入高排放（大理、昆明、红河）、高投入低排放（曲靖、丽江、楚雄等）、低投入高排放（迪庆、昭通等）和低投入低排放（怒江、普洱）4大类型。【结论】云南省传统施肥方式导致施肥过量,大量肥料通过氨挥发的方式排入大气中,动物养殖过程中产生的粪尿中氮素通过径流、淋溶进入水体,造成农业生产过程中经济效益的降低、环境污染。从空间格局上看,大理、昆明、红河的氮素损失较高。今后亟需改进化肥施用方式,提高化肥利用率,改进畜牧业养殖模式,提高粪尿有机还田的数量。针对主要区域重点治理,采用因地制宜的农牧体系氮素优化管理技术、增加粪尿养分循环和提高氮养分效率,减少氮素向大气和水体中的排放数量,从而实现农牧体系氮素的合理循环。     

农牧交错带农牧系统氮素流动与环境效应——以山西省为例

【目的】探明山西省农牧交错带农牧生产系统的氮素流动特征及其环境效应,进一步为山西实施区域养分资源管理、加快农牧交错带产业结构调整提供科学依据。【方法】在整理统计资料、文献数据和实地调研的基础上,使用食物链养分流动模型（nutrient flows in food chains, environment and resources use,NUFER）和GIS,估算山西省农牧交错带（主要涉及大同、朔州、忻州、吕梁、临汾和太原等6个地市）42个县区农牧生产系统的氮素账户平衡、流动路径及损失途径。【结果】不同县区农田化学氮肥投入存在“两极分化”的现象,投入水平范围在6.7-253 kg·hm^-2,极值间相差38倍;各县区农田氮素的投入结构也表现出较大差异,主要跟当地化学氮肥施用习惯及农业种植结构有很大的关系;单位农田面积农作物主产品的氮素携出量范围在19.11-96.75 kg·hm^-2,空间上整体呈现南北高、中部低的变化趋势;不同县区农田氮素盈余量在-16-202 kg·hm^-2,氮素亏缺与盈余情况并存;区内畜牧生产系统中外源饲料氮素投入差异较大,朔州市的山阴县外源饲料氮素投入高达0.94×10⁴ t,而忻州的五寨、临汾的隰县、大宁和蒲县,则可以通过作物生产系统来满足畜牧生产系统的饲料需求,也充分反映了各县区畜牧业养殖规模和农牧产业结构存在较大差异;区内单位面积农田动物主产品氮素携出量范围在1.51-27.50 kg·hm^-2,极差25.99 kg·hm^-2,说明各县区畜牧生产系统的生产力水平差异较大,单位农田面积动物主产品的氮素携出量＞13 kg·hm^-2的分布在区域北部朔州市的山阴、怀仁、大同等县区,表明这些县区畜牧生产系统中的氮素利用率较高;单位耕地面积畜禽粪尿氮素负荷较高（＞50 kg·hm^-2）的县区主要分布在区域北部;农牧生产系统氮素损失的空间分布格局明显：一级区（＞200 kg·hm^-2）分布在区域北部,二级区（120-200 kg·hm^-2）分布在区域南部和北部,三级区（＜120 kg·hm^-2）主要分布在区域中部,今后应重点关注区域北部农牧业生产过程中的氮素损失及环境问题。【结论】农业生产结构不合理、“农牧分离”是造成农牧生产系统氮素利用率低下的主要原因,今后农田养分资源综合管理要在空间上合理配置氮素资源,在养分投入上既要考虑化学氮肥和粪尿氮素的投入,还要兼顾来源于环境投入部分的氮素,更要注重和畜牧生产系统的耦合,以最小的环境代价生产更多的农牧产品。     

北方农牧交错带农牧系统养分流动特征及环境效应研究进展

北方农牧交错带跨度大、范围广、农牧兼有,是研究北方农牧业最具代表性的区域。养分流动直接反应养分循环状况,是农业生态系统平衡的重要表征之一,研究农牧系统养分流动对于发展可持续农牧业,减少环境养分负荷等具有重要意义。总结了农牧系统氮、磷、钾3种主要养分流动特征及其环境效应,提出了农牧系统养分循环亟待深入研究的重要方向,以期为后续农牧系统养分循环的理论研究、提高养分利用率技术手段的研发以及环境政策措施的制定提供借鉴与参考。     

新疆农村居民生活消费碳排放及影响因素研究——基于SITRPAT模型

构建新疆农村居民碳排放影响因素分析模型,探求各影响因素的实际贡献,为实现新疆人口、消费、环境协调发展目标提出具有针对性的对策建议。文章运用IPCC碳排放系数法和CLA法对2002—2017年新疆农村居民生活消费的碳排放进行核算,并从环境、人口、技术3个方面选取新疆人均年可支配收入、能源强度、生活消费碳排放强度、农村人口比重4个影响指标,基于扩展的STIRPAT模型结合岭回归分析对各影响因素进行实证研究。结果表明：（1）新疆农村居民生活消费碳排放的发展整体呈现递增趋势,其中居民直接碳排放增幅较大,增速较快,在碳排放总量中占比较大,间接碳排放量占比逐年增加,但增速和增幅相对缓慢;（2）各自变量的弹性系数分别为0.09、-0.19、0.89、-0.2,新疆人均年可支配收入、生活消费碳排放强度为碳排放量带来正效应,新疆农村人口比重、能源强度为碳排放量带来负效应。（3）从影响程度来看,生活消费碳排放强度对新疆农村居民生活消费碳排放的拉动作用最大;能源强度对新疆农村居民生活消费碳排放的抑制作用最大。提出建议：（1）优化农村能源系统：调整农村能源结构,推进农村生物质转化,提高农村居民资源利用率;（2）提倡科技兴农：引进低碳技术,提高农村市场供给力,改变农村地区粗放式经济的发展,实现节能产业和循环经济双向发展;（3）推进新型生态农业建设：加大农村“绿色宣传”力度,改革“绿色供给”,加强“绿色治理”,强化“绿色监管”。     

北方农牧交错带不同区域农牧系统氮素流动特征及环境效应研究进展

农牧交错带由于其地理位置的特殊以及资源利用的多样性,具有重要的生态功能,而氮循环作为土壤物质流通环节的重要一环,氮素作为重要的养分来源,投入到农牧业中的数量日益增多,在满足人类对食物、畜产品需求的同时,也带来了一系列区域性氮环境污染问题。本文主要综述了近年来对中国北方农牧交错带的不同区域氮素流动特征及环境效应的有关分析,在明确不同区域农牧系统氮素流动特征及其产生的环境效应的基础上,进一步阐述其存在的问题,并根据不同区域的氮素流动特征提出合理的优化策略,为北方农牧系统氮素管理提供理论依据。     

华北平原典型区域农牧系统氮素流动及其环境效应 ——以河北省为例

【目的】以华北平原典型地区河北省为例,明确农牧系统氮素养分流动特征和环境效应,分析农牧系统氮素循环利用率和农牧业结合的程度,探讨农牧系统氮素的优化管理途径,为农牧业养分循环和绿色可持续发展提供科学依据。【方法】以河北省“农田-畜牧”生产系统为边界,在整理统计资料、文献数据和调研数据的基础上,利用物质流分析方法,分别定量1980-2015年河北省农田体系、畜牧体系和农牧系统的各个氮素输入和输出项,同时利用氮素利用率、氮素盈余量和氮素回田率等指标分析氮素流动特征与环境效应。农牧系统的氮素输入项主要包括化肥、生物固氮、干湿沉降、灌溉、人粪尿还田、外源饲料;氮素输出项主要包括农田体系主产品的本地消费、外销,畜牧体系主产品的本地消费、外销,农牧系统大气排放、水体排放;内部的氮素循环项主要包括农田系统副产品还田、农田系统主、副产品作为本地饲料、畜牧系统副产品还田。【结果】1980-2015年,河北省农田生产体系氮素年均输入量增加1.9倍,而作物收获氮量仅增长1.5倍,导致农田氮盈余量和损失量分别增加1.7和1.9倍,氮素利用率由47.2%降至41.4%。与有机肥氮投入相比,化肥氮投入占农田总氮投入60%以上,近年来接近70%。区域间农田养分平衡差异大,氮素输入方面,邯郸市和唐山市较高（＞600 kg·hm^-2）,承德市最低（＜200 kg·hm^-2）;氮素盈余方面,唐山市最高,为267.8 kg·hm^-2,衡水市最低,为51.6 kg·hm^-2。畜牧体系氮素输入量也明显增加,在2005年达到最大值,为1980年的7.7倍;畜禽产品和粪尿氮素产生量同时呈现增加趋势,尤其是粪尿氮素产生量由21.8×10⁴ t增加到115.3×10⁴ t;各区域间动物粪尿氮素产生量存在明显差异,其中氮素产生量最高为邯郸市（377.3 kg·hm^-2）,最低为衡水市（122.6 kg·hm^-2）。外源饲料氮素依赖率由60.5%增至72.7%,畜牧粪尿氮素还田率由70.4%降至30.2%,但畜牧体系氮素利用率由6.4%增至16.3%。从农牧系统整体来看,1980-2015年氮素输入总累计量高达9 038.9×10⁴ t,化肥氮素投入量约占总氮素投入量的55.7%,外源饲料氮素投入量占总氮素投入量的33.1%,农牧产品累计总输出氮为2 537.4×10⁴ t,占总累计输入氮量的28.1%,向大气、水体累计排放的总氮量高达4061.2×10⁴ t,约占总累计输入氮量的44.9%。【结论】1980-2015年河北省农牧系统氮素投入量大幅度增加,氮素富集和环境排放严重,氮素利用率偏低,不同区域单位面积氮素平衡存在较大差异,农田生产与畜禽生产之间养分循环严重脱节。因此,应该充分利用本地饲料资源,提高有机肥的还田率,走农牧结合的道路,从而降低因“农牧分离”造成的“高投入-低效率”代价,促进农牧业可持续发展。     

福建省农户蔬菜生产效率及其影响因素分析

福建省作为我国蔬菜生产大省,具有良好的区位优势和气候优势,但福建省蔬菜产业发展层次和水平并未与资源、产量相匹配。通过对福建省5个地市的蔬菜种植户进行300份问卷的调查和调研,采用DEA-BCC法对蔬菜生产的资本和劳动投入及产出进行实证分析,引入农户及家庭特征、蔬菜生产条件、制度及政策三方面进行影响因素分析。结论认为,蔬菜种植农户的资源配置能力和资源使用效率整体水平不高,蔬菜生产效率与户主受教育年限、种植技术、物流水平及是否购买农业保险等因素有关。     

闽西北烟-稻轮作系统地表氮、磷流失特征研究

为了明确福建省高温多雨气候条件下烟-稻轮作系统中地表氮、磷流失情况,在连续3a定位试验条件下研究了不同施肥措施对烟-稻轮作系统中地表氮、磷流失的影响。研究结果表明,福建省烟-稻轮作系统中氮、磷流失主要集中在上半年(烟季),而且氮、磷流失总量主要受降水量的影响,与产流降雨量呈显著或极显著相关关系。当地习惯施肥条件下,烟-稻轮作系统中氮、磷的流失量分别为4.71～14.86kg·hm-·2a-1和0.93～2.20kg·hm-·2a-1,流失系数分别为0.76%～1.27%和0.47%～1.71%。与习惯施肥相比,优化施肥处理氮、磷的流失量分别减少了1.25%～13.82%和8.82%～14.99%,流失系数分别为0.76%～1.43%和0.41%～1.54%。增施50%氮肥和增施50%磷肥的氮和磷流失量分别比优化施肥处理提高7.6%～37.6%和21.5%～27.4%。此外,同等施肥量条件下,稻草还田的氮、磷流失量分别提高6.4%～16.4%和-3.4%～14.0%,流失系数分别达到0.86%～1.91%和0.36%～2.00%。综上所述,优化施肥处理可以减少氮、磷的流失量,而增量施肥明显增加肥料流失量,稻草还田也提高了氮、磷流失的风险。