中国水稻生产的环境成本估算——湖北、湖南案例研究

水稻是中国农业生产中的一种重要作物,其对中国GDP的直接贡献大约2000亿元,占全国农业总产值的10％,然而如同其它农业活动一样,水稻生产也带来了一些环境问题,其成本并未得到全面的评价,也未体现于政策制订中,研究选定湖南和湖北两个省,分别对水稻生产的环境成本作了估算和评价。经过估算,两个省1995年的环境成本为25－110亿元,约为农业总产值的1％－4．5％,考虑目前水稻生产的发展趋势以及国家环境政策变化,这些成本在2020年将可能达到3倍以上。     

符合经济生态效益的农田化肥施用量

在洞庭湖区研究了农田化肥的外部成本和经济生态施用量.采用环境影响经济评价方法,估算了化肥的外部成本;运用外部不经济性原理和生产函数模型研究了兼顾农户经济效益、生态效益的农田适宜施肥量.结果表明,2002年洞庭湖区粮食生产中因化肥施用不当而带来的外部成本约为1.35×10⁸元,每千克纯氮的外部成本约为0.3元.在洞庭湖区目前生产条件下,兼顾生产、经济、生态三效益的适宜施肥量是208.26～210.65 kg·hm^-2,相应的粮食产量为5528～5539 kg·hm^-2.2002年洞庭湖区粮食生产实际施肥量已超过农户经济最优施肥量和生态适宜施肥量,建议政府在一些化肥高投入、高污染的地区征收环境污染税.     

红壤丘陵区粮食生产的生态成本

人类的生产活动必然对资源与环境造成影响,以红壤丘陵区的湖南省祁阳县为研究对象,应用经济学和生态学方法,对粮食生产中的生态成本进行了研究。结果表明:2008年该区粮食生产生态损失总价值相当于当年农业总产值的4.85%;早、中、晚稻生态成本已分别达到3.18、2.44、3.02元/kg,而出售单价分别为1.76、1.90、1.84元/kg,高成本低收益的情况对该区域的可持续发展产生着不利影响;在当前生产力水平条件下,适度提高化肥、农药、农业机械、农膜、劳动力的投入,提高水稻产量,扩大家庭种植规模,可降低生产单位水稻的生态成本。     

我国转基因水稻商品化应用的潜在环境生物安全问题

转基因水稻的研发和商品化应用将为提高我国水稻的生产力提供新的机遇,并缓解我国的粮食安全问题.转基凶水稻的人规模环境释放和商品化生产可能会带来一定的环境生物安全问题,处理不好会影响转基因水稻的进一步研究和发展.通常所指的环境生物安全问题主要包括以下几个方面:(1)抗生物胁迫转基因对非靶标生物的影响及效应;(2)外源基因向非转基因作物和野生近缘种逃逸及其可能带来的生态后果;(3)转基因作物对农业生态系统、土壤微生物以及生物多样性的潜在影响;(4)抗生物胁迫转基因的长期使用导致靶标生物对转基因产生抗性等.为了安全有效和持续利用转基因生物技术及其产品,有必要对转基因水稻的环境生物安全性进行科学评价.基于风险评价的原则,本文对转基因水稻在我国商品化生产和大规模种植可能带来的环境生物安全问题进行了理性分析,希望为我国转基因水稻商品化应用的决策和生物安全评价提供科学依据.     

基于能值的天山北坡经济带农牧系统可持续性评估

应用能值分析理论和方法,对新疆天山北坡经济带农牧业生态经济系统进行了分析和评价,通过一系列的能值指标定量分析了该地区的农牧业系统的能值流动。结果表明:环境资源对农牧业系统的贡献很大,环境资源能值占总能值利用的79.2%,高于全国农业系统平均值(13%);净能值产出率为4.81,高于我国平均值(0.27),说明该区域农牧系统生产有一定的竞争优势;农牧业产品的宏观经济价值大于市场价值,这是由于农牧业生产中有相当大一部分环境资源无偿投入所致;环境负载率指标为0.373,低于我国农业系统的环境负载率(2.8),环境压力较小;可持续发展指数为12.90,有较好的发展潜力,据此,提出了一系列促进区域农业可持续发展的产业结构调整措施。     

洞庭湖区域土地利用变化的碳排放效应研究

研究土地利用变化带来的碳排放效应问题, 为区域土地结构优化、制定低碳减排政策提供理论依据。以洞庭湖区为研究对象, 通过构建土地利用动态度模型和碳排放测算模型, 分析了15年间洞庭湖区土地利用变化的碳排放效应, 采用LMDI模型对土地利用碳排放影响因素进行了分解分析。研究表明: 2000-2015年洞庭湖区土地利用的碳排放量增加趋势显著, 碳排放量增加了2277.64×104 t, 增加了2.4倍。建设用地是主要的碳源, 碳排放量增加了2278.82×104 t, 增加了2.2倍。林地是主要的碳汇, 碳汇量占总碳汇量的90%以上, 由于碳源碳汇比例差距较大, 碳汇效应不显著。洞庭湖区碳排放区际差异明显, 主要集中在环洞庭湖及洞庭湖水系周边地区, 临近山地丘陵的边缘区域碳排放较小。能源碳排放强度效应、经济水平效应、土地规模效应和人口规模效应对洞庭湖区土地利用碳排放存在正效应, 能源效率效应存在负效应。洞庭湖区的建设用地面积与碳排放变化趋势一致, 建设用地的碳排放量占碳排放总量的90%以上, 是主要碳源, 碳排放强度较大。今后应限制洞庭湖区建设用地无序扩张, 碳减排的重点是降低建设用地的碳排放量。     

中国水稻生产对历史气候变化的敏感性和脆弱性

有效的适应措施需要了解两类基础信息,一是农业生产所面临的各种气候变异风险,二是作物产量对潜在气候变异风险的反应及其机制.评价作物生产对历史气候变化的敏感性和脆弱性,可以在时间上和空间上揭示气候变化的趋势及作物产量对其的反应,从而为适应行动的全面开展提供基础信息.通过分析1981-2007年水稻生育期3个气候因子(平均温度、日较差、辐射)的变化对水稻产量的影响,评估我国水稻生产对这3个气候因子变化的敏感性和脆弱性及其区域分布状况.结果表明,1981-2007年间我国大部分水稻产区生育期内3个气候因子均发生了明显变化,存在着气候变异风险,其中以最高温的变化最普遍和明显,导致水稻生产中高温热害风险增加.部分区域水稻产量变化与单一气象因子的变化存在着显著的线性相关,这些地区气候因子的变化可以一定程度地解释水稻产量变化趋势,其中产量变化对辐射变化最敏感.当水稻生育期内平均温度上升1℃、日较差升高1℃、辐射下降10％时,我国部分地区水稻产量随之发生了相应的变化,其中辐射降低导致我国水稻生产的脆弱面积最大,其次为日较差.受3种气象因子变化趋势的综合影响,约有30％的水稻产区对1981-2007年的气候变化趋势敏感,少部分地区表现为脆弱,但水稻主产区受到的影响不大,且在东北地区还集中表现出产量增加的趋势,为我国水稻发展提供了契机.     

城镇化进程中洞庭湖区“三生空间”格局演变与驱动机制

城镇化快速发展背景下，城市自然资源国土空间格局转型引发了流域水生态环境的恶化。基于洞庭湖区岳阳、常德、益阳、荆州4个典型城市及其32个县域数据样本，借助遥感影像交互解译、GIS叠加融合、驱动指标分类提取等数据处理技术，通过土地利用动态度及转移矩阵计算分析城镇化进程中洞庭湖区"三生空间"格局演变的典型特征，并运用灰色关联度模型揭示国土空间格局演变的潜在驱动机制。研究表明：(1)1980-2020年洞庭湖区"三生空间"格局总体分布具有明显的水平地域分异和垂直梯度差异特征，生态空间主要集中在区域中部洞庭湖水域部分及东部、南部、西部的外围林地丘陵区，生产空间主要位于河网冲刷形成的湖滨平原区，生活空间呈点状零散穿插分布于生产、生态空间之中。(2)洞庭湖区各城市"三生空间"时空格局演变随城镇化发展逐渐剧烈，结构变化以城镇建设用地的增加和农业生产用地的缩减最为突出，功能转型体现为城镇生活空间侵蚀农业生产空间，农业生产空间挤占水域生态空间，以及农业生产空间向水域生态空间的回归；各类用地结构与功能转型在县域层面上的阶段差异性与地理协同性亦较为显著。(3)城镇化、工业化及农业现代化作为洞庭湖区"三生空间"格局演变的三大关键驱动力，加速了域内各城市的国土空间格局变化进程，是未来区域战略性生态环境治理及国土空间规划应重视的关键要素。研究内容可为洞庭湖区水网土地资源合理规划提供参考，引导大湖流域生态治理目标下的城镇化高质量发展。     

国家重点基础研究发展规划项目:水稻重要性状的功能基因组学研究项目简介

根据国家重点基础研究发展规划项目的总体安排 ,于1999年 10月至 2 0 0 4年 9月立项进行“水稻重要性状的功能基因组学”的研究。1　立项依据随着经济的迅速发展、人口的逐步增加和耕地面积的急剧减少 ,我国农业 ,特别是粮棉油等主要农作物的生产面临越来越大的压力 ;同时 ,大量化学肥料、除草剂、杀虫剂等的应用对环境造成的污染也日趋严重。因此 ,保障我国农业可持续稳定发展是国民经济发展的首要和长期目标。目前 ,农业生产中重要的生产资料———“品种”仍然是以农作物已有的品种资源为基础来选育的。由于受对表型和基因型识别能力的限…     

中国农业环境质量状况与保护对策

系统地分析了我国农业水环境、土壤环境现状,提出了水环境状况较为严峻、影响区域已占耕地总面积20%、影响严重区域已达5%左右、土壤环境中必须高度关注农用化学品污染的基本思路.讨论了工业废弃物、城镇生活污水和垃圾、农用化学品、农业废弃物、土壤侵蚀等因素对农业产地环境的影响,并对这些因素的影响程度作了初步分析.同时,结合目前国内相关研究及发达国家的主要做法,探讨了我国农业产地环境建设中的主要问题.在上述基础上,提出了保护农业产地环境的相关措施和建议.     

江西省主要作物(稻、棉、油)生态经济系统综合分析评价

基于成本收益分析和能值分析理论,构建经济效益指标和生态经济效益指标,对江西省水稻(早稻和晚稻)、棉花、油菜种植系统的经济效益、生态经济综合效益进行分析和评价。经济效益方面,分析比较了单位面积作物成本构成,构建了净利润(Rev)和净利润率(Prof)两个经济效益指标;生态经济方面,分析比较了单位面积能值投入产出构成,构建了能值投入率、能值产出率、环境负载率、宏观经济能值等四个能值评价指标。计算结果表明江西省水稻、棉花和油菜等作物的生产成本占主导地位,价格因素是影响种植成本最重要的因素。水稻主要是以生产物资费用为主,而棉花和油菜以人工费用为主。从产值和收益来看,Rev大小为棉花>晚稻>早稻>油菜,Prof大小为晚稻>棉花>早稻>油菜。水稻、棉花和油菜种植系统对自然更新资源的依靠程度较低,系统的维系主要依赖于外部购买能值的投入,其构成与生产成本构成是一致的。水稻、棉花和油菜等作物的种植系统能值投入率比较高,大小为棉花>早稻>晚稻>油菜,能值产出率:油菜>棉花>晚稻>早稻,造成生态环境压力为晚稻>早稻>油菜>棉花,宏观经济能值大小为油菜>棉花>晚稻>早稻。结果表明,江西省水稻、棉花、油菜种植系统是高度开放的系统,主要依赖购买能值,但是系统产出率不高,其环境压力也不大。研究结果可为深入认识江西水稻、棉花和油菜等主要作物种植系统提供一个新的视角,并为种植业可持续发展提供一定的参考价值。     

Development and field performance of nitrogen use efficient rice lines for Africa

Nitrogen (N) fertilizers are a major input cost in rice production, and its excess application leads to major environmental pollution. Development of rice varieties with improved nitrogen use efficiency (NUE) is essential for sustainable agriculture. Here, we report the results of field evaluations of marker‐free transgenic NERICA4 (New Rice for Africa 4) rice lines overexpressing barley alanine amino transferase (HvAlaAT) under the control of a rice stress‐inducible promoter (pOsAnt1). Field evaluations over three growing seasons and two rice growing ecologies (lowland and upland) revealed that grain yield of pOsAnt1:HvAlaAT transgenic events was significantly higher than sibling nulls and wild‐type controls under different N application rates. Our field results clearly demonstrated that this genetic modification can significantly increase the dry biomass and grain yield compared to controls under limited N supply. Increased yield in transgenic events was correlated with increased tiller and panicle number in the field, and evidence of early establishment of a vigorous root system in hydroponic growth. Our results suggest that expression of the HvAlaAT gene can improve NUE in rice without causing undesirable growth phenotypes. The NUE technology described in this article has the potential to significantly reduce the need for N fertilizer and simultaneously improve food security, augment farm economics and mitigate greenhouse gas emissions from the rice ecosystem.     

农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准——以江苏省宜兴市为例

农田氮素流失引起的非点源污染已成为国内外农田生态环境资源可持续利用及农业可持续发展的瓶颈,对其进行有效控制愈显迫切.对非点源污染的控制不能简单地照搬点源污染的方法,须针对非点源污染本身具有的强烈外部性及复杂、广泛、不易监测等特征,探究与非点源污染特征规律相对应的对策.生态补偿作为应对全球生态危机和环境污染的一种公共政策工具,对于内化外部效应具有良好的效果.以农户减少一定程度的氮肥施用量获得政府补偿为切入点,论证了农户减少氮肥用量到最佳生态经济施氮量是获得补偿的依据;以宜兴市为实证对象,运用意愿调查评估法和成本-收益法相结合的方式测算了农户参与农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准.研究表明:(1)宜兴市主要粮食生产的最佳生态经济施氮量为375.6 kg/hm2,农户参与农田氮素非点源污染控制的补偿额度理论值为620.0-7098.0元/hm2;(2)68.3％的受访农户愿意接受补偿而减少氮肥用量,受偿意愿与种田经验、受教育程度等因素正相关;(3)愿意接受补偿的农民中50.7％选择氮肥量减少到最佳生态经济施氮量,农田氮素非点源污染控制的补偿标准为620.0元/hm2.     

水稻害虫治理措施的综合评价

在对广州有机水稻生产示范区稻田节肢动物多样性和害虫控制效果调查分析的基础上,应用层次分析法对研究区有机水稻生产过程中经济、社会和生态3方面的效益和代价进行了评价.结果表明：有机水稻生产方式下所产生的综合效益最大,权重值达0.5355;生态代价在综合代价中占据主导地位;化学防治病虫害的水稻生产方式付出的生态代价最惨重,其综合代价权重值达0.6252;从综合效益代价比（RPC）来看,有机水稻生产模式是较理想的模式,其RPC值达2.4776,符合农业可持续发展的要求.     

Exploiting Co-Benefits of Increased Rice Production and Reduced Greenhouse Gas Emission through Optimized Crop and Soil Management

Meeting the future food security challenge without further sacrificing environmental integrity requires transformative changes in managing the key biophysical determinants of increasing agronomic productivity and reducing the environmental footprint. Here, we focus on Chinese rice production and quantitatively address this concern by conducting 403 on-farm trials across diverse rice farming systems. Inherent soil productivity, management practices and rice farming type resulted in confounded and interactive effects on yield, yield gaps and greenhouse gas (GHG) emissions (N₂O, CH₄ and CO₂-equivalent) with both trade-offs and compensating effects. Advances in nitrogen, water and crop management (Best Management Practices—BMPs) helped closing existing yield gaps and resulted in a substantial reduction in CO₂-equivalent emission of rice farming despite a tradeoff of increase N₂O emission. However, inherent soil properties limited rice yields to a larger extent than previously known. Cultivating inherently better soil also led to lower GHG intensity (GHG emissions per unit yield). Neither adopting BMPs only nor improving soils with low or moderate productivity alone can adequately address the challenge of substantially increasing rice production while reducing the environmental footprint. A combination of both represents the most efficient strategy to harness the combined-benefits of enhanced production and mitigating climate change. Extrapolating from our farm data, this strategy could increase rice production in China by 18%, which would meet the demand for direct human consumption of rice by 2030. It would also reduce fertilizer nitrogen consumption by 22% and decrease CO₂-equivalent emissions during the rice growing period by 7% compared with current farming practice continues. Benefits vary by rice-based cropping systems. Single rice systems have the largest food provision benefits due to its wider yield gap and total cultivated area, whereas double-rice system (especially late rice) contributes primarily to reducing GHG emissions. The study therefore provides farm-based evidence for feasible, practical approaches towards achieving realistic food security and environmental quality targets at a national scale.     

不同施肥模式下潮棕壤稻田的速效养分状况和水稻的养分分配

研究了不同施肥模式下下辽河平原潮棕壤稻田土壤速效养分的供应能力及水稻的养分分配.结果表明:各处理0～20 cm速效养分供应能力均高于20～40 cm,其变异也大于20～40 cm(速效氮除外);有机、无机肥相结合有利于提高土壤速效养分的供应能力;水稻氮和磷的分配主要集中在籽实中,钾的分配则主要集中在秸秆中.采用秸秆还田措施有利于缓解钾肥资源的不足,保持钾素的循环再利用,维持土壤钾库,减少钾肥投入,降低农业生产成本,减轻环境污染.     

黄土高原沟壑区粮食生产中的生态成本

以黄土高原沟壑区的陕西省长武县为研究对象,应用生态学和经济学方法,对粮食生产生态成本进行了初步研究.结果表明： 2008年该区粮食生产生态损失总价值相当于当年种植业总产值的7.2%;小麦和玉米生态成本已分别达到2.42和2.12元·kg^-1,而出售单价分别为1.70和1.28元·kg^-1,高成本低收益的情况对该区域生态经济可持续发展产生不利影响;利用灰色关联对粮食生产生态成本中各因素进行分析,单位产量、播种面积和农业机械费用是影响生态成本的重要因素,化肥费用和有机肥费用对其影响不大;在当前生产力水平下,适当加大科学技术投入水平,提高粮食产量,扩大家庭种植规模,可以降低生产单位粮食的生态成本.     

沈阳张士灌区重金属污染再评价及镉的形态分析

评价了沈阳张士灌区土壤及稻田的重金属污染状况.结果表明,研究区镉污染仍很严重,样品糙米含镉量为0.435～0.855mg.kg-1,均超过国家食品卫生标准,该浓度与20年前相比有上升的趋势,增加了335%～755%.回归分析表明,土壤的pH值与糙米含镉量呈显著负相关,生物有效态镉与糙米含镉量呈显著正相关.土壤pH值下降使土壤酸化,导致土壤中的镉更多地转变为生物有效态镉,占总量的22.8%～52.0%,易被作物吸收,导致水稻含镉量超标.重金属污染物随着地表径流、地下水及飘尘等移动方式发生迁移转化,使污染范围逐渐扩大.     

免耕稻-鸭生态种养技术的环境经济学分析

采用田间试验及环境经济学方法研究免耕稻-鸭生态种养技术的生态、经济效益。试验结果表明:农户采用免耕稻-鸭生态种养技术对稻田杂草的控制效果显著;在晚稻分蘖盛期和孕穗期,采用免耕稻-鸭生态种养技术对稻二化螟防效达100%,稻纵卷叶螟发生率分别比免耕抛秧不养鸭的稻田低48.05%、93.55%,免耕抛秧养鸭稻田中水稻纹枯病的病株率比免耕抛秧不养鸭的稻田分别低48.15%、38.21%;在稻田甲烷排放高峰期(晚稻分蘖始期-分蘖盛期),免耕抛秧养鸭对甲烷排放的控制效果明显,分别比翻耕抛秧不养鸭稻田、免耕抛秧不养鸭稻田的甲烷排放量减少4.723g/m2、2.333g/m2,晚稻整个生育期间,免耕抛秧养鸭稻田甲烷排放量比免耕抛秧不养鸭稻田减少3.37g/m2,比翻耕抛秧不养鸭稻田减少5.59g/m2;免耕可节约灌溉用水1300m3/hm2。环境经济学分析结果表明:采用免耕稻-鸭生态种养技术的农户比采用免耕抛秧不养鸭技术或采用翻耕抛秧不养鸭技术的农户分别增加财务净收益2166yuan/hm2、4207yuan/hm2;免耕抛秧养鸭获得的经济净效益为4062yuan/hm2,而免耕抛秧不养鸭、翻耕抛秧不养鸭的经济净效益分别为1592yuan/hm2、-997yuan/hm2。免耕稻-鸭生态种养技术既能充分发挥稻-鸭复合生态系统的生态和经济效益,又能较好地克服免耕给生态环境带来的不利影响,是一种很有发展潜力的可持续农业生产模式,具有良好的推广和发展前景。