遥感和GIS技术在贵州喀斯特地区土地石漠化研究中的应用

由于受人类活动影响 ,特别是土地资源利用的不合理 ,贵州省喀斯特地区出现了一系列的环境问题 ,一些地区存在的石漠化现象表现得尤为突出。故研究石漠化在贵州省喀斯特地区的分布、程度、成因等 ,对于加强生态环境建设的力度、制定资源环境人口经济协调发展的战略规划、水土流失治理等有重要的现实意义。通过应用多波段、多平台的遥感信息 ,在野外调研基础上与GIS技术支持下 ,对 2 0 0 0年遥感图像进行解译、编辑处理 ,制作贵州省喀斯特地区石漠化分布图 ,并分析影响其程度的主要参数及原因 ,为贵州省喀斯特地区生态治理及环境建设等方面提供依据     

中国西南石漠化地区农村能源消费结构研究

农村能源在国家能源体系中发挥着重要作用,能源消费对农村社会经济发展、生态安全、居民身体健康产生重要影响。通过对贵州省石漠化防治示范区的4县8个乡(镇)25个行政村的429户农户进行了派员式入户调查,揭示中国西南石漠化地区的农村能源消费与石漠化等级之间的关联性。研究发现,1)研究区内仍然以薪柴和煤炭为主能源消费结构。2)农村用能呈现清洁化和高效化的趋势,然而能源转型是缓慢的过程;3)能源消费模式区域差异显著。毕节撒拉溪形成"薪柴+煤炭"的生活用能模式,"煤炭"型取暖模式和"薪柴"型生产用能(煮猪食)模式。关岭花江和贞丰北盘江形成"薪柴+电力"生活用能模式和"电力"型取暖模式。施秉喀斯特形成"薪柴+电力"的生活用能模式,"薪柴+煤炭"取暖用能模式和"煤炭"型生产用能模式;4)石漠化等级与薪柴消费量之间的相关性:潜在石漠化地区的薪柴使用量在合理的生态阈值之内,轻度和强度石漠化地区面临石漠化加重与扩大的风险;5)石漠化地区农村能源贫困严重。毕节撒拉溪和贞丰北盘江存在经济不可支付性,4个示范区室内环境污染严重。通过对比分析,发现研究区农村家庭能源消费主要受制于农户收入水平、能源资源的可获性、取暖、传统文化、产业结构、政策等因素的综合影响。该研究为掌握中国西南石漠化地区家庭能源消费现状和发展趋势,制定相关能源与环境政策提供理论依据。     

喀斯特石漠化的驱动因子分析——以贵州省为例

采用地理信息系统(GIS)与遥感(RS)技术,对贵州省喀斯特石漠化状况进行全面调查,建立了全省1∶10万喀斯特石漠化数据库。利用相关分析和主成分分析法,分析了导致石漠化的影响因子,确立指标体系,指出地表植被覆盖率、喀斯特面积、河网密度、未利用地、耕地面积、平均海拔高程、土地垦殖率、草地和≥25^°坡地面积等9个因子是喀斯特石漠化的重要驱动力。建立了喀斯特石漠化动力指数模型,计算出了各因子对石漠化的贡献值,指出石漠化产生的根本原因是不合理的人为活动。所建动力指数模型输出结果与遥感调查有高度的一致性,表明石漠化动力指数能较好地反映该地区石漠化过程,可为石漠化治理提供理论依据。     

我国有机肥料资源利用现状与发展建议

通过对全国30个省(区、市)以及新疆生产建设兵团的调研,分析了2008年农作物秸秆、绿肥、规模化养殖场畜禽粪便、商品有机肥和农家肥(包括沼肥)5类有机肥的数量和利用现状。结果表明,绝大部分作物秸秆被还田或以其它方式利用,但秸秆焚烧量仍达到秸秆资源量的15%;长江流域及以南地区种植的绿肥主要用来压青还田,培肥地力,而北方和西北地区种植的绿肥主要用作饲料;我国的畜禽粪便资源主要以猪粪、牛粪和鸡粪为主,粪便未利用的养殖场中,养猪场比例最高,占总养猪场数的23.9%;我国商品有机肥企业的产品主要是有机肥,其次是有机无机复混肥和生物有机肥,其中,有机肥和有机无机复混肥的开工率仅为50%左右,市场有待进一步拓展;我国农家肥的资源总量为199 426万t,其中有76.2%被利用,但沼肥的利用量仅占其资源量的40.8%。根据以上有机肥资源利用现状及存在的问题,提出了发展、利用有机肥的建议。     

重庆市畜禽粪便排放时空分布研究

以重庆市直辖前(1995、1996年)和直辖后(2000、2001年)畜禽养殖数据为基准,研究重庆市各区(市、县)畜禽的年粪便排放量,并从时间和空间上分析重庆市畜禽粪便年排放量的变化趋势。结果表明,1995、1996、2000、2001年畜禽粪尿总排放量为7455.03万t、7831.56万t、7223.84万t、7421.52万t;猪粪当量分别为6954.84万t、7419.62万t、6433.5万t、6748.02万t;畜禽粪便中平均年有机质排放量为794.45万t、N43.27万t、P23.36万t、K45.51万t。重庆市畜禽粪便负荷、猪粪当量负荷和有机质、N、P、K负荷分布以近郊为重,而畜禽粪便年排放量、猪粪当量及有机质、N、P、K量却是位于三峡库区的区、县量较大;直辖前后畜禽粪便年排放量及猪粪当量、猪粪当量负荷、N、P、K排放总量及负荷相差不明显。     

郑州市农业废弃物有机质资源量估算及利用分析

从资源利用角度,在调查的基础上,结合国内外有关研究,确定郑州市秸秆及畜禽粪便估算方法和各种估算参数,估算了郑州市农业废弃物及其有机质资源量,并对郑州市耕地土壤有机质需求量进行计算,分析供需平衡。结果表明,2008年郑州市作物秸秆资源量2003107t,畜禽粪便5373109t,两者共可提供有机质2458405t;郑州市耕地土壤有机质需求量为2415188t,供需基本平衡。     

珠江上游水土流失与石漠化现状及其成因和防治对策

本文采用第一次全国水利普查成果数据,对珠江上游喀斯特地区的水土流失与石漠化现状进行了分析,结果表明该地区的水土流失面积约5.89万km2,主要分布在云南省曲靖市、红河州,贵州省黔西南州、黔南州和六盘水市,以及广西壮族自治区百色市、河池市、崇左市和柳州市;石漠化和半石漠化面积3.99万km2,主要分布在贵州省黔南州、黔西南州、安顺市和六盘水市,云南省文山州、曲靖市和红河州,以及广西壮族自治区河池市、百色市、崇左市和南宁市。在此基础上,分析了珠江上游喀斯特地区石漠化的自然和人为成因,并提出相应的防治对策。     

喀斯特石漠化的驱动因子分析——以贵州省为例

采用地理信息系统 (GIS)与遥感 (RS)技术 ,对贵州省喀斯特石漠化状况进行全面调查 ,建立了全省 1∶ 10万喀斯特石漠化数据库。利用相关分析和主成分分析法 ,分析了导致石漠化的影响因子 ,确立指标体系 ,指出地表植被覆盖率、喀斯特面积、河网密度、未利用地、耕地面积、平均海拔高程、土地垦殖率、草地和≥ 2 5°坡地面积等 9个因子是喀斯特石漠化的重要驱动力。建立了喀斯特石漠化动力指数模型 ,计算出了各因子对石漠化的贡献值 ,指出石漠化产生的根本原因是不合理的人为活动。所建动力指数模型输出结果与遥感调查有高度的一致性 ,表明石漠化动力指数能较好地反映该地区石漠化过程 ,可为石漠化治理提供理论依据。     

区域秸秆资源分布及全量化利用潜力分析

为进一步提高秸秆综合利用率,促进秸秆利用产业科学合理化,推动区域秸秆全量化利用,以湖南省为研究对象,对主要农作物秸秆资源量、人均秸秆占有量等进行了估算,明确了湖南省秸秆资源空间分布特征;同时结合湖南省秸秆利用竞争性需求量计算分析了全省秸秆全量化利用潜势。结果表明:2018年湖南省主要农作物秸秆理论和可收集资源量分别为4 021.7和3 039.1万t,主要以水稻秸秆为主,占比约65%;其次为油菜、蔬菜和玉米秸秆。不同农作物秸秆表现出不同的空间分布特征,水稻、油菜和蔬菜秸秆总体呈现自西向东、由南向北逐渐增加的趋势,而玉米秸秆则表现出相反的变化趋势。全省人均秸秆资源占有量仅为0.68 t,远低于全国平均水平。通过分析秸秆潜在利用途径,预测湖南省肥料化需求量为887.3万t,饲料化需求量为885.1万t,基料化需求量为83.2万t,原料化利用量为65.7万t;剩余秸秆可能源化利用量为1 117.9万t。结合目前湖南省秸秆资源利用结构,全省实现秸秆全量化利用的总体趋势应为在保持基料化和原料化利用的基础上,适当减少肥料化,提高饲料化和能源化利用比率。     

喀斯特区土壤侵蚀与石漠化协同演变及交互关系

为探究喀斯特地区土壤侵蚀、石漠化协同演变规律、驱动因子及主要驱动因子下二者交互关系。采用优化后的RUSLE模型估算贵州省喀斯特地区2005—2015年土壤侵蚀,并利用贵州省全国石漠化普查数据库计算同期石漠化状况,运用地理探测器探究驱动因子以及主要驱动因子下二者交互关系。结果表明：2005—2015年贵州省喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化均以中度及以下为主,其中土壤侵蚀中度及以下占比58%以上,而中度及以下石漠化占比达80%以上;时间上二者存在发生时间的异同性,但研究期间,二者均不同程度地趋于好转;中度及以下石漠化中土壤侵蚀发生率较大,中度以上中占比极少,其中无石漠化中土壤侵蚀发生率达70%以上;土壤侵蚀驱动因子解释力大小依次为土地利用>坡度>年降雨量>海拔>岩石裸露率>植被盖度>岩性>土层厚度,石漠化驱动因子解释力大小依次为岩石裸露率>土层厚度>年降雨量>海拔>岩性>土地利用>植被盖度>坡度。因子组合(交互)对土壤流失及石漠化的解释力均较单因子有所增强,其中土壤侵蚀的主导因子为土地利用,石漠化的主导因子为岩石...     

中国规模化养殖场畜禽粪便资源沼气生产潜力评价

为探明中国规模化养殖场畜禽粪便排放量、沼气生产潜力及其分布情况,该文利用2009年统计数据,确定了中国畜禽粪便年排放量估算方法和各种估算参数,估算中国主要畜禽年粪尿排放量、产沼气潜力和温室气体减排潜力。结果表明,2009年中国规模化养殖畜禽粪便排放总量约8.37亿t,年沼气生产潜力约为472.1亿m3,减排潜力为1.9亿t CO2。生猪、奶牛和肉牛养殖是中国畜禽粪便的主要来源,粪便排放主要在东北、华北和西北等北方地区。这可为中国规模化养殖场治理污染提供决策依据。     

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。     

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.     

安徽省畜牧业环境承载力及粪便替代化肥潜力评估

为评估安徽省畜牧业粪便的环境影响及其节肥潜力,该文利用统计学的方法,借助ArcGIS软件进行数据处理和表达,从土壤对养分需求的角度,分析了安徽省16市77县(区)畜牧业粪便的氮磷钾养分资源总量及其对耕地的环境风险,基于安徽省当前化肥施用现状,评估了粪便资源作为有机肥对化肥的替代潜力。结果表明,2016年安徽省粪便资源总量为5 804万t,主要集中在皖北6市25个县(区),占全省资源总量的61%,粪便养分总量为70.75万t,可替代安徽省同期化肥施用量的21.83%,若充分还田,可使单位农作物播种面积化肥施用强度由346降至270 kg/hm2。畜牧业废弃物对安徽省农用地环境污染风险不高,50%化肥施用比例条件下,有6个县(区)的畜禽粪便环境污染风险指数大于1,这些地区属于环境污染高风险地区。研究结果可为安徽省畜牧业产业合理布局、粪便资源化利用和实现化肥零增长目标提供研究基础。     

规模化养猪场粪污全量收集及贮存工艺设计

基于全量收集的粪污贮存技术具有粪尿收集方便、运行成本低廉和养分利用率高等特点,在欧美等发达国家得到了普遍应用,是一种适合在中国华北、西北等地区和土地匹配较充足的区域进行推广的粪污处理与还田利用技术。文章以规模化养猪场尿泡粪全量贮存技术为研究对象,分析了尿泡粪收集量、贮存工艺控制参数、贮存设施设计和投资运行成本等内容,旨在为该技术的推广应用提供参考。结果表明:每头生猪整个饲养周期内尿泡粪收集量为0.70 m~3;粪污贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存罐2种,粪污贮存方法可采取舍内贮存、舍外贮存和舍内结合舍外贮存3种。粪污pH值酸化至5.5～6.5,氨排放量最高可减少80%;粪肥还田前一般要求存储时间为6个月。以存栏5000头规模养猪场为例,舍内贮存池所需容积为6 600 m~3,投资660万元;舍外贮存罐所需容积为4 118 m~3,投资206万元;舍内结合舍外贮存设施所需容积为8 214 m~3,投资651万元;粪污处理成本为3.83万元/a,施肥成本为10.8万元/a;全部粪肥还田可满足133 hm~2农田用肥,节省化肥6.0万元/a,该研究可为粪污贮存及利用提供参考。     

泛种养结合视角下北京市养殖业土地承载力评估

种养结合是中国未来农业绿色发展的重要方向。其中,对畜禽粪污的土地承载力的准确估算是关键。针对北京市畜禽粪污消纳的土地没有充分利用及其氮磷需求取值不够准确的问题,该研究根据畜禽养殖数据计算了2018年北京畜禽养殖粪污产生量和氮磷养分资源量,以粮地、菜地、园地、部分林地、草地及未利用土地6种地类作为畜禽粪污的消纳场所,利用统计年鉴和ArcGIS估算了6种类型的土地资源量,根据文献综合分析了各地类单位面积的氮磷养分需求量,进而计算了北京市域内畜禽养殖业的土地承载力。结果表明：2018年北京市畜禽养殖总量为453万头猪当量,畜禽粪污产生总量为380.1万t,氮磷养分资源量分别为2.61万及0.53万t。在有机肥全部替代化肥的情况下,仅以耕地（粮地、菜地）作为畜禽粪污的消纳场所,则全市种植业土地能够承载的最大养殖量为675万头猪当量;若以6种土地类型作为畜禽粪污的消纳场所,则为1 089万头猪当量,是仅以耕地作为消纳场所的1.61倍。若有机肥50%替代化肥,仅以耕地为畜禽粪污消纳场所,土地承载力为337.6万头猪当量,则2018年的养殖规模已经超过耕地承载力。若以6种土地作为消纳场所,其土地承载力为544.5万头猪当量,与现养殖规模相比还有20.1%的养殖潜力。因此,在环境保护的前提下促进养殖业的发展,一是要扩大有机肥对化肥的替代比例,二是要将更多的可作为畜禽粪污消纳的土地类型加以充分利用。     

安徽省畜禽养殖粪污土地承载力的时空分布特征

[目的] 探明畜禽粪便资源对农田土壤和环境造成的潜在污染风险,为防治面源污染、畜禽粪污资源利用提供科学依据。[方法] 以安徽省为研究区域,依据2009—2018年畜禽养殖、作物产量等数据资料,量化分析区域作物粪污养分需求量、畜禽粪污养分供应量,并结合已有研究成果,开展畜禽粪污土地承载力时空演化特征的分析研究。[结果] 安徽省粪、尿排放量由2009年的6.19×10⁷ t上升至2015年的7.09×10⁷ t,后下降至2018年的5.00×10⁷ t,其中猪尿排放量最大,牛尿排放量最小。全省畜禽粪污排放总量与氮磷养分供给量均呈现北高南低的特点,不同畜禽粪尿在氮素的养分供给中所占比例均衡,而在磷素中差异较大。全省农田畜禽污染风险主要集中在安徽中部和南部地区的合肥、黄山和宣城等地,2018年全省土地承载力指数有所下降,农田对畜禽粪便仍具有一定的消纳空间。[结论] 安徽省农田畜禽养殖在局部地区存在着污染风险,需加强重点地区的化肥施用规划和畜禽养殖结构调整,推动农业可持续发展。     

农业生物质能温室气体减排潜力

中国拥有丰富的农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源。农业生物质能技术是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径,既能够解决农业废弃物的环境污染问题、减少因焚烧或无序堆放排放温室气体,又能够替代化石能源减排CO2、提升土壤固碳能力,未来在"双碳"背景下发展潜力很大。该研究基于LCA全生命周期评价方法,研究8种不同生物质能技术的温室气体排放因子,核算农业生物质能转化与利用过程消耗能源的排放、抵扣化石能源减排、副产物土壤碳汇3个方面,并基于秸秆和畜禽粪污两大类农业废弃物资源禀赋及能源化利用潜力,预测3种不同情景下,农业生物质能替代化石能源的潜力,以及减排温室气体的贡献。结果表明,从减排因子看,热解炭气联产和规模化沼气/生物天然气技术的温室气体减排贡献最大。其次为成型燃料、捆烧供暖、生物质发电、炭化和燃料乙醇等技术,而户用沼气的减排贡献相对较小,8种不同生物质能技术的温室气体排放因子分别为-3.47、-3.20、-2.57、-2.63、-2.58、-2.48、-2.42 t/t（单位为标准CO2当量/标准煤当量）;基于现有政策及规划情景、技术水平提升情景、能源需求结构变化情景等3种不同情景下,评价农业生物质能对温室气体减排贡献潜力。结果显示,2030年农业生物质能替代化石能源潜力为6 490×104～7 664×104 t,温室气体减排贡献为1.97×108～2.34×108 t;2060年替代化石能源潜力为9 073×104～10 763×104 t,温室气体减排贡献为2.79×108～3.36×108 t。该研究为实现农业农村领域碳达峰碳中和目标提供数据支撑。     

规模化养鸡场CDM项目减排及经济效益估算

该文以山东民和集约化养鸡场为案例,利用《气候变化框架公约》清洁发展机制理事会批准的方法（ACM0010）,分析了沼气池处理鸡场粪便及污水、利用沼气发电替代以燃煤为主的电网电能和减少温室气体排放的潜力。项目每年可减排温室气体为84666 t CO2-e。公司每年售电获利767万元,减排获益593万元。由于有CDM项目的额外收入,使项目的投资年限由原来的19.7 a缩短为6.0 a。因此,在规模化养殖场建设沼气池并利用沼气发电,不仅减少粪便对周边环境的污染、充分利用可再生能源和减少化石燃料的使用,还能减少温室气体的排放,获得额外的减排收益,在很大程度上提高了企业建设大型沼气工程的积极性。     

Multi‐Scale Anthropogenic Driving Forces of Karst Rocky Desertification in Southwest China

Karst rocky desertification (KRD) is a type of land degradation especially prominent in southwest China. This article analyzes the anthropogenic driving forces of KRD at two scales: rural locality and its macro socio‐economic circumstances. At the rural locality scale, the intensive human pressure on land because of a large and fast growing population and unsustainable land use are identified to be the reason for KRD. However, more radical driving forces lie in the farmers' disadvantages in social‐economic circumstances, which compel them to overuse rural land. Hukou system, coastal development strategy, and household responsibility system are verified as three important factors in social‐economic circumstances. At last, a two‐scale framework is constructed to explain how anthropogenic driving forces lead to KRD in southwest China. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.