城镇化对我国食物消费系统氮素流动及循环利用的影响

城镇化的快速发展,在改变养分氮素流动模式的同时带来了巨大的生态环境压力和严重的污染问题.以1982年、1992年和2002年我国城镇与农村居民食物消费系统氮素流动为对象,采用物质流分析方法,探讨了城镇化对氮素流动特征及循环利用率的影响.结果表明:2002年我国城镇居民人均消费氮量为4.770kg,高于农村居民(4.314kg)10%.1982年到2002年,随着城镇化率的提高,城镇居民消费的食物氮提高了145.3%,农村减少了8.1%;城镇排入水体环境的氮增加了18.4倍,而氮素循环利用率只有13.0%,降低了40个百分点.情景分析结果表明,如果在人口增加的同时,食物结构达到国家营养纲要的标准,到2010年我国植物性氮消费量比2002年将增多142.3万t,增加了37.6%,动物性氮消费量将增多53.8万t,增加了 27.1%,城镇产生的粪尿和垃圾中氮将增加126万t.因此,伴随城镇化快速发展,在带来食物氮素需求和环境排放氮素大幅度增加的同时,也会对动植物生产带来巨大压力.     

中国农村居民生活氮素流动特征

人类生活消费是陆地生态系统氮素流动的主要驱动力。定量核算和评估农村居民生活消费氮产生(N_RUR)及其活性氮(Nr)排放特征，对农村氮的可持续管理和生态环境改善具有重要的指导意义。以中国为例(2000—2020年),建立了N_RUR的产生及其活性氮排放核算框架。结果表明：20年来N_RUR上升了36.7%,年均5.62 Tg/a,食物消费氮是最大的贡献源(43.2%),工业日用品和家庭生活燃料消费氮分别占31.5%和25.3%;Nr排放量占N_RUR的25.4%(年均1.43 Tg/a),其以年均1.3%速率下降；NH₃挥发是最大的Nr排放源(50.1%),其次为排入地表水的Nr(31.0%)、NO_x(15.8%)和N₂O(2.0%),排入地下水的Nr仅占1.1%。加大人类粪尿排泄物的处置能力，减少秸秆燃料的使用比例、优化农村居民生活能源消费结构对农村居民生活消费Nr减排至关重要。     

城乡居民食物氮足迹估算及其动态分析——以北京市为例

氮足迹作为一种评价氮排放影响的新兴测度方法,已被用来衡量人类活动造成的环境影响。食物消费是城市营养元素流动的重要环节,其产生的氮足迹反映了维持一个城市人口的基本食物需求所导致的活性氮排放以及对周边环境的影响。以北京市为例,基于N-Calculator模型的基础上,估算了1980—2012年居民食物氮足迹,分析其变化特点及其与经济社会因素之间的关系。结果表明:北京市居民人均食物氮足迹变化与食物消费量变化趋势相似,城镇居民氮足迹呈持续增长后渐趋平稳,在14.69—22.58 kg(N)/a之间波动,平均为17.78 kg(N)/a,接近发达国家水平;农村居民氮足迹呈小幅减少趋势,在10.81—15.28kg(N)/a之间波动,平均为12.72 kg(N)/a。其中,高氮含量食物在城乡居民人均食物氮足迹中所占比例都有所增加,以肉类为主的荤食比例分别由27%和10%上升至41%和31%;以奶类为主的副食比例由7%和1%上升至18%和13%。城镇居民食物氮足迹与人均可支配收入呈正相关,与恩格尔系数和平均家庭人口数呈负相关,而农村居民食物氮足迹与各因子的相关关系则与前者相反。此外,北京市食物氮足迹总体呈增长趋势,年均增加约8066 t(N)/a。城镇居民当前的饮食消费模式不利于减缓北京区域食物氮足迹高通量的剧增趋势,更多的农村及外来人口进入城镇将加速区域氮足迹增长。食物氮足迹的估算能为居民改变高氮消费模式提供参考,进而促进城市的低氮发展。     

山西省畜禽业发展及粪尿养分时空变异

随着国家经济的高速发展和人民饮食结构的改变,畜禽养殖业由传统粗放式向规模化、集约化快速转变,畜禽粪尿的循环利用及其对环境的风险评价值得关注.本文利用统计资料和文献数据,通过使用食物链养分流动模型(NUFER)与GIS相结合,深入分析了山西省畜禽养殖量的变化特征,模拟了畜禽粪尿的产生量及其氮、磷养分的资源量,并从时空维度评价了山西省畜禽粪尿资源量及其环境风险.结果表明： 1978-2012年,山西省畜禽粪尿的产生量由1.61×10⁷ t增加至2.75×10⁷ t,增幅达1.71倍,粪尿氮由7.74×10⁴ t增长至17.32×10⁴ t,粪尿磷则由1.09×10⁴ t增长至3.39×10⁴ t,增幅分别达到2.38和3.10倍.除养殖总量增加之外,养殖结构和养殖方式也发生了重大变化.从空间分布看,2012年山西省耕地畜禽粪尿氮、磷承载量呈现晋北、晋中和晋东南高,中北部和西南部低的分布特征,耕地畜禽粪尿养分资源承载量在空间上分布极不平衡,这是区域养殖专业化程度与农业政策共同作用的结果.因此,应通过优化生产布局和区域间养分协同管理等手段,来调控畜禽粪尿的排放与循环利用,减少污染及环境风险,以实现畜禽粪尿养分资源的高效与可持续利用.     

中国食品源氮消费环境排放及其城乡差异

食品源氮消费是人居环境养分流动的重要环节,中国食品源氮消费产生的环境排放受城乡二元结构影响在时空变化上呈现显著分异。基于物质流分析方法,从中国城乡食品消费后产物不同处理过程及其对氮代谢的影响出发,模拟氮物质代谢过程,构建了一套氮素环境排放计算模型,借以研究中国近20年来城乡食品源氮消费环境排放趋势变化及其差异。研究结果发现1993—2012年间,我国城乡居民人均食品源氮排变化轨迹迥异。同时,城乡食品源氮消费在其所造成的水体、土壤、大气环境负荷中扮演的角色各不相同:在水体环境负荷中,农村水体氮排占据主导地位,但城乡间差异正逐步缩小;在土壤环境负荷中,城市土壤氮排主导优势明显;2010年以前全国食品源氮消费大气环境负荷主要受农村气体氮排的影响,而2010年以后,城市大气氮排成为影响全国大气氮负荷的主导因素。引入社会经济因素分析后发现,城镇居民人均可支配收入水平对城镇居民人均食品源氮排起显著促进作用;而农村食品价格指数对农村居民人均食品源环境氮排呈显著抑制作用。通过情景预测分析发现:随着我国城镇化进程的加快,未来全国居民人均食品源氮排将以更快速度继续增长。     

华北平原种养一体规模化农场氮素流动特征及利用效率——以河北津龙循环农业园区为例

种养一体规模化、集约化是华北平原农业发展的必然趋势,而氮素是连接种植养殖的主要养分资源,以河北津龙循环农业园区为例,采用文献资料、实地调查方法分析农场水平氮素流动特征及利用率,并通过情景分析方法提出农场氮素管理措施,为实现农场水平氮养分资源高效利用、提高农场生产系统生产力和改善华北平原循环农业模式提供技术支撑和科学依据.结果表明: 在农场水平下,化肥和有机肥输入氮量674.6 kg·hm^-2·a^-1,占总输入氮量的88.3%,氮利用率为41.5%,种植系统氮盈余量190.7 kg·hm^-2·a^-1,施氮量过多是造成种植系统氮利用率低和氮素盈余量高的主要原因.养殖系统中外购饲料提供氮量占饲料总输入氮量的83.2%,粪尿排氮量为776.6 t·a^-1,而还田比例仅为36.3%,氮利用率19.7%.农场水平氮总利用率为40.7%.情景分析表明,农田减少化肥施氮量50%(情景1)、增加来自农场内部玉米籽粒产量(情景2)措施,可分别使种植系统氮利用率提高34.6%和15.6%,同时农场水平氮总利用率分别提高18.7%和9.8%;另外,优化养殖系统饲料结构(情景3),可使氮总利用率提高19.1%.因此,减少化肥氮施用量、调整作物种植结构、优化饲料结构等,是提高农场氮生产力和实现环境友好双赢效果的措施和途径.     

丹江口水库淅川库区大气氮湿沉降特征

大气氮沉降是除河流输入外水库水体重要的外源氮输入途径。以丹江口水库淅川库区为研究区,于2018年11月至2019年10月在库区周边设置了6个采样点,采集并分析了库区大气氮湿沉降样品,探讨氮湿沉降的时空分布特征以及对水库水体外源氮输入的贡献。研究结果表明,研究区大气氮湿沉降量为24.21 kg hm^-2 a^-1,其中氨氮占比（47.45％）为最大,有机氮占比（36.34％）次之,硝氮占比（16.21％）最小。硝氮湿沉降量在空间上表现出显著差异性。氨氮、有机氮湿沉降量的季节差异显著,氨氮是以夏季最高,秋季次之,冬季最低,而有机氮是以秋季最高,夏季次之,冬季最低。氨氮、硝氮、有机氮湿沉降量之间存在显著相关性,氨氮、有机氮湿沉降量与降水量之间存在显著相关性。总氮、氨氮湿沉降量分别为1321.98 t/a和627.34 t/a,分别占河流总氮、氨氮入库量的10.82％、34.85％。研究结果可为探索有针对性的库区水体氮污染控制途径提供重要理论基础。     

鲢、鳙在东湖生态系统的氮、磷循环中的作用

我们研究了鲢、鳙在停食状况下氮、磷的排泄量及在有鱼及无鱼的水环境中鱼类及微囊藻的氮、磷释放率。结合有关参数进行换算,从量的方面评价了鲢、鳙在东湖生态系统物质循环中所起作用:①鲢、鳙摄食过程加速了水体氮、磷释放进程(有鱼水体氮、磷释放率分别为无鱼水体的1.88和1.41倍),但其释放量(粪便的氮、磷释放量分别为水体氮、磷总含量的11.45％和3.4％)不足以左右东湖水体初级生产量的变动;②鲢、鳙摄食过程一方面提高了对初级生产量的利用率,而另一方面却通过鱼体积贮从水体中移出大量氮(52.20吨)、磷(11.36吨),分别占水体浮游物总氮、磷的3.01％和5.28％;③鲢、鳙大量摄食浮游动物,降低了被摄食种群的密度,缩短被摄食种群生物量周转期(1982年被摄食种群的生产量为1981年的1.05倍,鲢、鳙放养量为1981年的7倍;这两年鱼摄食量分别占其被摄食种群产量的31.73％及0.63％,被摄食种群的ρ/B系数分别为67.92及48.01);这样水体中浮游动物产量的相对稳定,也就促使浮游植物产量相对平衡。     

我国畜禽生产体系中磷素平衡及其环境效应

通过畜禽生产体系磷素的实际流动过程——磷素输入和磷素输出,计算了畜禽生产体系磷素的去向,包括畜禽活体磷素去向,不同养殖方式粪尿磷素去向;并对畜禽粪尿回田、排入环境等状况进行了评价。结果表明,从动物体磷分配来说,畜禽活体带出的磷大部分分配在骨中,肉猪骨中的磷素占活体带出磷的71.5%,肉鸡骨中的磷素占活体带出磷的71.1%,肉牛骨中的磷素占活体带出磷的71.6%。计算还表明:蛋鸡和肉猪生产体系对环境造成的污染风险相对其他畜禽生产体系来说最大,中国2001年蛋鸡生产体系向环境排放磷量为30.8万t,占猪牛鸡向环境排放总磷量的43.0%;肉猪生产体系向环境排放磷量为15.3万t,占猪牛鸡向环境排放总磷量的21.3%。还对未来畜禽发展规模以及降低污染提出了一些建议。     

基于水量平衡下灌区农田系统中氮素迁移及平衡的分析

本文以于河套灌区典型灌域（前旗北疙堵乡塔布村）为研究对象,通过分析农田系统中水量平衡和氮素平衡,建立农田系统中氮素平衡和水分平衡的联立模型,并用此模型分析典型区域内农田系统中氮素随水分迁移的规律。分析表明：应用水量和氮平衡模型分析灌区农田系统中氮迁移及平衡,可以反映出农业面源污染物（氮）在整个农田系统中的去向,化肥使用量的降低和灌水量的减少,将有效的减少农田系统中氮素的输入量;秋灌—秋浇期间,玉米、番茄和葵花作物对氮的吸收率分别为17%、18%和32%,3种土壤中残留量分别为57%、60%和58%。依据河套灌区年施肥60万t计算,土壤残留量达到17.2万t。在秋灌-秋浇期间从黄河引入的氮总量达到1.21万t,随农田退水进入沟道的量为840 t。     

典型移民城市食物氮足迹估算分析——以深圳市为例

城市食物源氮消费产生的环境排放是全国氮污染的重要源头,城市食物氮足迹评估可反映维持城市人口基本食物需求的活性氮排放以及对周边环境的潜在影响。以典型移民城市深圳市为例,基于改进N-Calculator模型的基础上,估算了2010-2015年间因城市人口流动导致的城市食物氮足迹变化,并分析其时空异质性及其与城市化间的关系。结果表明：深圳市不同类型城市居民食物氮足迹不一致,其中常住户籍居民人均食物氮足迹从14.63 kg N a^-1增加至15.17 kg N a^-1,高于非户籍居民食物氮足迹13.09 kg N a^-1,其主要体现在瓜果、肉类、水产品等食物消费上。总体上,深圳城市食物氮足迹呈增长趋势,5年增幅11.50%,增幅最大为常住户籍居民食物氮足迹,但目前深圳非户籍居民的食物消费主导着城市食物氮足迹。深圳城市内部区域食物氮足迹呈高度空间异质性与聚集性,各区域增长量差异明显,街道尺度城市食物氮足迹增长热点主要分布在城市的西部沿海区域,部分热点区域单位增长量数量级比肩区级尺度单位的增长量,城市区域食物氮足迹与人口城市化的关联性不明显,但与经济城市化存在一定的关联性。当前城市移民落户趋势及居民高氮饮食倾向不利于城市氮足迹的削减,减少食物生产上游活性氮流失为深圳市贯彻粤港澳大湾区协同可持续发展的关键。     

南京城市化食物生产消费系统氮素流动变化

城市化的发展对食物生产消费过程中氮素的流动产生了一定的影响。以1995—2012年南京市食物生产消费变化为基础,分析了食物生产消费过程中氮素的流动变化及其引起的环境负荷。结果表明,农村和城镇人均食物氮消费量分别由1995年的5.09 kg人~(-1)a~(-1)和3.04 kg人~(-1)a~(-1)下降至2012年的4.11 kg人~(-1)a~(-1)和2.65 kg人~(-1)a~(-1);与1995年相比,南京市食物消费代价降低了39.29%;农田系统和畜禽养殖系统氮素综合利用率由1995年的18.71%增加至2012年的24.34%,整体低于全国水平,大量的氮素进入环境;1995年食物链引起氮素的环境负荷为100.49 Gg N/a,到2012年下降至69.90 Gg N/a,下降了30.44%。南京城市化的发展增加了食物进口,会使食物生产地的氮环境负荷大幅度增加。     

城市居民食物氮消费变化及其环境负荷——以厦门市为例

食物消费是城市养分流动的重要环节,以厦门市为例,分析了1988—2009年居民食物氮素消费的变化特点,分析与其变化相关的经济、社会因素,并探讨了居民食物氮素消费变化所带来的环境负荷。研究结果表明,厦门市人均食物氮消费量变化与食物消费量变化并不完全一致,人均氮消费量2000年以前维持在3.29 kg N.人-1.a-1,2000年以后呈现波动性的增长,2004年达到最高值4.00 kg N.人-1.a-1。厦门市食物氮素消费总量增长幅度较大,由1988年的0.54万t增至2009年的1.50万t。同时,粮食在食物氮消费量中所占比例由45.5%下降到15.9%。畜禽肉、奶制品所占比例分别由25.0%和0.4%上升至29.8%和8.8%。通过将相关经济、社会因素与居民食物氮消费量进行相关性分析表明,人均可支配收入、食物价格指数、具有大学学历以上人口比重均与其联系较为密切,呈正相关;恩格尔系数、平均家庭人口数与居民食物氮消费量呈负相关。通过选取1988、1994、2001、2008年分析居民食物氮素消费造成的环境氮负荷发现,由其带来的环境氮负荷量由3509.12t增加至7629.36t,约90%的氮素进入了土壤和水体。其中,进入土壤的氮素占进入环境氮总量的比例由37%增长到60%,进入水体的氮素比例由57%降至35%。     

Features and influencing factors of carbon emissions indicators in the perspective of residential consumption: Evidence from Beijing,China

This research establishes a residential indirect carbon emissions model through input–output structure decomposition analysis (IO-SDA) and LMDI, analyses the influencing factors affecting urban and rural residential carbon emissions indicators in Beijing through input–output tables from 2000 to 2010, and calculates the direct carbon emissions from residential consumption. As the results suggest, the total carbon emissions from residential consumption in Beijing showed volatility. Growing rural and urban differences in direct emissions, and for indirect emissions, mean that urban greatly exceeds rural in this regard. Rising per capita GDP and population, as well as intermediate demand and sectoral emissions intensity change induce growth in indirect emissions in both urban and rural settings: of which, per capita GDP contributes the most. Declining energy intensity contributes the most to emission reductions, followed by residential consumption rates, the rural to urban consumption ratio and consumption structure effects are much smaller.     

我国城市发展与能源碳排放关系的面板数据分析

城市化与城市能耗及其碳排放密切相关,城市发展过程中的人口城市化进程和产业总量与结构调整都是能源碳排放变化的主要驱动因素。以2006-2015年全国158个地级城市的面板数据为基础,从总量变化趋势和空间变化趋势两个角度分析了研究期内的我国城市发展特征及能源碳排放特征;并利用面板计量分析方法研究了城市发展因素对城市总能耗、总能耗碳排放、单位能耗碳排放量的驱动特征。结果表明：城市化每提升0.095%,总能耗上升1%。虽然城市总能耗及能耗碳排放在降低,但是单位能耗碳排放在增加;第二产业和第三产业发展对总能耗及能耗碳排放的驱动作用大;城市第三产业的发展有利于能源结构优化调整等;并基于研究发现给出一些政策建议。     

北京城市化进程中家庭食物碳消费动态

不可持续的家庭消费是造成全球环境问题的主要原因,食物碳消费研究是促进可持续家庭消费的重要内容。基于政府宏观统计数据,分析北京城市化进程中城市家庭食物碳消费的变化趋势和影响因素。结果表明,与1979年相比,1999年北京城市家庭人均及户均食物消费量分别减少了15.2%和38.6%,而食物碳消费总量增加了28.5%,食物碳消费结构由“以粮食为主”转变成“以粮食和肉类为主”。城市化进程中,以1993年为界,家庭食物人均及户均碳消费量均由明显减少趋势转变为明显增长趋势,变化的主要原因由“食物消费结构变化引起的人均谷物类碳消费量的减少”转变为“人均食物消费量增加引起的人均肉类碳消费量的增加”。北京城市家庭已基本完成食物消费结构的转变,人均食物消费量仍继续增加。GDP指数是影响人均食物碳消费量的主要经济因素,经济的继续增长可能带来人均食物碳消费量的增加,北京城市家庭食物碳消费尚未达到稳定状态。     

综合生命周期分析在可持续消费研究中的应用

1992年联合国提出可持续消费的概念,经过10几年的发展,生命周期分析已经成为可持续消费的主要研究方法。由于传统生命周期分析方法需要大量基础数据支持,因此目前综合生命周期分析方法被广泛应用于可持续消费研究中。以1997年中国投入产出表为基础,建立了包括CO2排放量的投入产出表延长表。并对居民终端消费产生的CO2排放总量及其与产业部门的关系进行了分析。结果表明,1997年城市居民终端消费人均CO2排放量为1576．62kg,是农村居民CO2排放量的24．96倍,城市居民每个单位货币消费量所产生的CO2的排放量也远远高于农村居民,电力生产部门对居民消费环境影响的贡献率最大。对该方法中存在的一些问题进行了讨论,这些问题主要产生在价值量与物理量转换过程及分配过程中。     

近20年来苏州市城乡用地扩展及其内部特征

利用苏州市1984、1995、2000和2003年4个时段的TM数据,分别提取了城、镇、村3级用地并对其扩展过程与变化规律进行了分析。结果表明,20年间苏州市区非农建设用地面积不断扩大,扩展强度急剧提高。2003年苏州市非农建设用地总面积比1984年扩大了2.9倍,年均扩展面积810hm2。在时间序列上,非农建设用地的增长具有明显加速趋势。城、镇、村3级用地的空间变化表现为建成区>建制镇>行政村。对比城镇用地(建成区与建制镇用地之和)扩展与行政村用地扩展发现,城镇因具有较强的经济、人口等中心聚集功能,而比乡村更加能集约利用土地。换言之,加快城镇化建设有利于缓解长三角地区(甚至全国)日益加剧的城市化建设占地与农业耕地资源之间的矛盾。同时,乡村用地的紊乱无序、缺少规划的现状应引起相关部门的重视,及时整理以提高土地利用效率。