基于模型和物质流分析方法的食物链氮素区域间流动——以黄淮海区为例

研究利用养分流动的方法建立区域氮素流动模型,试图分析氮素养分在区域间的流动状况.以黄淮海区为例,提出氮素调控策略.结果表明: 2005年,黄淮海区化肥、饲料、植物食物和动物食物氮素盈缺率分别为33%、-120%、38%和65%.养分势是区域食物链养分流动的原动力,此外,人口数、城镇化率、耕地面积、GDP、运输距离、运价、市场价格和政府调控等也是影响食物链氮素养分在区域间流动的重要因素.2005年,黄淮海区是化肥、食物氮素的源,而是饲料氮素的汇.北京地区无论化肥、饲料和食物氮素都为汇.北京地区单位耕地承载外地区调入的氮素养分负荷为872 kg/hm2.即使这些养分全部在本区域返还农田还存在很大的环境风险.因此,对环北京都市圈食物链氮素养分应该进行区域间协同管理.     

城镇化对我国食物消费系统氮素水体排放的影响

城镇化的快速发展,将带来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用氮的流动去向为对象,探讨了城镇化对氮素水体排放的影响.结果表明:城镇居民食用氮与排泄的粪尿氮高于农村居民;人均排入水体氮量,1982年城镇与农村居民大体相当,1992年、2002年城镇居民是农村居民2.8倍;粪尿氮排入水体比率,1982年城镇与农村基本相当,在7.5%左右,但到2002年城镇粪尿氮排入水体比率高达56.7%,城镇比农村要高34个百分点.情景分析结果表明,如果在人口增加的同时还要改善食物结构增加蛋白质摄入量, 2020年粪尿氮总产生量将增加121～155万t,排入水体氮量也将增加41～64万t.提高粪尿还田率、污水处理率及氮的去除率可以降低粪尿氮排入水体比率.     

不同栽培模式对冬小麦-夏玉米轮作系统产量、氮素累积和平衡的影响

以河北山前平原区秸秆还田条件下小麦-玉米轮作体系为研究对象,设置农民习惯、高产高效、再高产和再高产高效4个模式,通过定位试验探讨各栽培模式对3个轮作周期作物产量、土壤硝态氮累积量及氮平衡的影响.结果表明: 小麦、玉米产量均以再高产模式最高,高产高效和再高产高效模式次之,均显著高于农民习惯模式;小麦季和玉米季氮肥利用效率(PFP)均以高产高效模式最高,显著高于其他模式;0～400 cm土体硝态氮累积量在 768.4～1133.3 kg·hm^-2之间,其中80%～85%累积在根下90～400 cm土层;4种模式的土壤硝态氮均有明显向下淋移现象,120～150 cm和270～330 cm处均出现了累积峰,以270～330 cm土层硝态氮累积量最大;高产高效模式的土壤硝态氮含量整体水平均低于其他模式,浓度基本维持在30 mg·kg^-1以下,在一定程度上能有效缓解环境压力;冬小麦季0～90 cm土体氮素盈余量均小于夏玉米季,并以高产高效模式的氮素表观损失量最低,显著低于其他模式.综合考虑产量、氮肥利用效率、硝态氮累积和氮平衡,以高产高效模式表现最优,但还有一定的提升空间.     

京郊典型集约化"农田-畜牧"生产系统氮素流动特征

城郊畜牧业的集约化发展在满足人们日益增长的肉蛋奶等动物性产品需求的同时,也带来了巨大的环境压力。本文利用养分流动和模型分析的方法,分析北京市郊区某村三种不同类型"农田-畜牧"生产系统(大型集约化种猪场、种养结合小规模生态养殖园和集约化单一种植区)的氮素流动特征。结果表明:饲料是集约化种猪场和生态养殖园氮素输入的主要来源,饲料投入氮量分别为12469.0和9268.5 kg.hm-.2a-1);集约化种猪场农牧体系间生产脱节,致使农田氮素输入主要依赖于化肥投入,化肥氮输入量(435.0 kg.hm-.2a-1)占农田氮素输入量的82.7%。相反,生态养殖园农牧体系结合紧密,猪粪尿氮还田比例达28.6%,这使得园区化肥氮输入量仅为135.0 kg.hm-.2a-1,因此畜禽粪尿的合理循环利用可作为减少化肥投入的有效途径;集约化种猪场、生态养殖园和单一种植区农牧生产系统氮素利用效率分别为18.8%、20.6%和17.3%,均处于较低水平;集约化种猪场猪粪尿在猪舍和储藏处理过程的氮素损失率为15.8%和25.4%,分别低于小规模生态养殖园相应损失率约8.7和4.8个百分点;生态养殖园粪肥氮还田量高,导致农田氮素盈余量高达1962.8 kg.hm-.2a-1,未能实现生态型养殖的理想效果,优化氮素管理、确定合理的消纳畜禽粪尿的农田面积和调整畜禽养殖密度是解决该问题的关键。     

间作豆科作物对山药田土壤化学和生物学性质的影响

采用田间小区试验方法,探讨了山药与苜蓿和三叶草两种豆科绿肥作物间作对土壤化学性质和生物学性质以及土壤综合肥力的影响.结果表明: 与山药单作相比,间作苜蓿和三叶草提高了0～20 cm和20～40 cm土层硝态氮、速效磷和速效钾含量,降低了山药根茎膨大初期和膨大盛期土壤pH和电导率.间作有助于提高山药整个生育期0～20 cm和20～40 cm土层土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性以及土壤呼吸,但对蔗糖酶和脱氢酶活性影响不明显.采用隶属函数模型和主成分分析相结合的方法对间作山药收获期的土壤肥力进行综合分析,结果表明,间作两种豆科作物均具有显著提高山药田0～20 cm和20～40 cm土层土壤综合肥力的效果.通过间作豆科绿肥作物增加山药田的生物多样性是培肥山药田土壤、改善山药田土壤生态环境、缓解连作障碍的有效途径.     

陕西省有机肥料施用状况分析评价

根据陕西省土壤肥料工作站14年农户肥料施用调查结果,对陕西有机肥施用的历史和现状进行了剖析,有机肥在农田总养分(N+P2O5+K2O)投入中的比重逐年减少,2000年只占46．9％。比1986年下降了近23个百分点,在农田钾素主要依靠有机肥供应的情况下,有机肥投入的减少造成土壤基础肥力逐年下降,有些地区出现钾素营养不足现象,在投肥总量上尽管粮食作物依然为主体,但单位面积投肥量果树、蔬菜则高于粮食作物,特别是从20世纪90年代中期开始一些地区在苹果上的投肥量明显增加,占投肥总量的50％左右。此外,分析了有机肥投入减少的原因,并提出商品有机肥将是今后提高有机肥投入的有效途径。     

华北平原山药主产区土壤肥力和养分平衡现状及环境风险评价

以华北平原山药主产区为研究区域,通过实地调研、跟踪监测的方法,对山药田肥力现状和施肥现状进行分析,并利用农田养分输入输出模型解析山药田土壤养分平衡状况,同时对山药种植体系的环境风险进行综合评价。结果表明: 1)山药田土壤有机质、全氮含量等级为极低水平,有效磷和有效锌含量为偏低水平,硝态氮、有效铜含量为中等水平,缓效钾、交换性钙、交换性镁、有效硫含量均达极高水平,速效钾、有效铁、有效锰含量则为高水平;2)山药全生育期氮(N)、磷(P₂O₅)、钾(K₂O)养分投入量分别为575～943、341～981、655～1219 kg·hm^-2,其中化肥氮(N)、磷(P₂O₅)、钾(K₂O)投入占比分别高达83.0%、88.6%、91.3%,重无机轻有机以及养分投入过量和失衡问题突出;3)山药种植体系土壤氮、磷、钾盈余量分别达271.14、466.34、739.97 kg·hm^-2,盈余率分别达48.7%、258.1%、324.5%,氮、磷、钾盈余量均超出环境安全阈值,分别属于中度风险、严重风险和严重风险等级。山药生产中化肥的投入对环境造成的风险总体上达到了重度风险等级。     

腐植酸类物质的施用对盐碱地的改良效果

采用田间小区试验方法,以生化腐植酸(OHA)、氨化腐植酸(AHA)和微生物活化腐植酸(MHA)为试验材料,探讨了3种腐植酸类物质对盐碱地的改良效果.结果表明: 与对照单施化肥相比,在盐碱地上增施不同的腐植酸类物质,当季对土壤pH的影响不明显.但3种腐植酸类物质均表现出了一定的降低土壤电导率(EC)、水溶性Na⁺和K⁺含量以及钠吸附比(SAR)的效果,影响深度均达0~40 cm土层.降低土壤EC的效果以OHA最优,但降低土壤水溶性Na⁺和K⁺含量以及SAR的效果3种材料间差异不大.此外,腐植酸类物质在降低土壤NO₃^--N含量,增加土壤NH₄⁺-N、可溶性有机氮(SON)和可溶性全氮(TSN)含量方面也有积极作用,且AHA和MHA作用效果优于OHA.添加3种腐植酸类物质均可提高土壤速效磷含量,其中以MHA效果最佳.增施腐植酸类物质可显著提高玉米灌浆期功能叶的SPAD值和玉米产量,但3种供试腐植酸类物质间差异不显著.腐植酸类物质对氮、磷肥表观利用率的影响表现为AHA>MHA>OHA,而OHA处理的氮、磷肥农学效率最高,AHA处理的氮、磷肥偏生产力最高.     

畜牧系统中氮素平衡计算参数的探讨

畜牧系统中N流动与平衡的研究是畜牧业进行养分资源管理的基础,而参数的确定又是研究养分循环与平衡的基础工作.本研究对该系统的N输入、输出项参数进行分析讨论,包括平衡计算中每一个输入和输出项需要的参数种类、参数的选择以及建议采用的数值.讨论过程参考了大量的文献资料和统计数据,初步确定了我国畜牧系统N养分平衡计算参数.     

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。