中國(guó)食物鏈氮素流動(dòng)規(guī)律及調(diào)控策略.pdf

1、過(guò)去幾十年以來(lái),中國(guó)人口不斷增長(zhǎng),國(guó)民生活水平不斷提高,為了滿足日益增長(zhǎng)的食品需求,生產(chǎn)更多的農(nóng)畜產(chǎn)品,農(nóng)民施用了大量氮肥。過(guò)量的氮素將導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。然而當(dāng)前,對(duì)于食物氮素需求、氮素投入和環(huán)境排放的定量化研究、對(duì)于氮素在食物鏈系統(tǒng)的流動(dòng)規(guī)律研究以及氮素在區(qū)域尺度上調(diào)控策略的研究仍然十分匱乏。因此本研究通過(guò)構(gòu)建模型進(jìn)行定量分析,揭示氮素在食物鏈系統(tǒng)中的流動(dòng)規(guī)律,闡明中國(guó)食物鏈氮素流動(dòng)的現(xiàn)狀及其歷史變化趨勢(shì),探究氮素流動(dòng)引發(fā)

2、的資源和環(huán)境代價(jià),為實(shí)現(xiàn)氮素(或者養(yǎng)分)優(yōu)化管理和可持續(xù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展策略提供科學(xué)依據(jù)。
　　 本文主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)首次實(shí)現(xiàn)在國(guó)家和區(qū)域尺度上,從食物鏈角度對(duì)氮素平衡、環(huán)境排放、利用效率及流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行定量分析。NUFER模型是中國(guó)第一個(gè)能夠在國(guó)家和區(qū)域尺度上對(duì)氮素流動(dòng),氮素生產(chǎn)效率,NH3、N2、N2O揮發(fā),淋溶,徑流和侵蝕損失進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的模型。該模型還可以根據(jù)不同的養(yǎng)分管理技術(shù)和政策法規(guī)對(duì)流動(dòng)狀態(tài)的影

3、響進(jìn)行評(píng)估。
　　 (2)2005年,中國(guó)食物鏈系統(tǒng)氮素總投入為48.8百萬(wàn)噸,而食物氮素產(chǎn)出僅為4.4百萬(wàn)噸,絕大部分氮素排放到環(huán)境中,其中23百萬(wàn)噸進(jìn)入大氣環(huán)境,20百萬(wàn)噸排放到水體環(huán)境。2005年,中國(guó)食物鏈系統(tǒng)氮素利用效率(NUEf)僅為9％,這意味著,每生產(chǎn)1kg食品氮需要投入外源氮11 kg。作物生產(chǎn)子系統(tǒng)和畜禽生產(chǎn)子系統(tǒng)氮素生產(chǎn)效率分別為26％和11％。
　　 (3)2005年,黃淮海區(qū)化肥、飼料、植物食物

4、和動(dòng)物食物氮素盈缺率分別為33％、-120％、38％和65％。養(yǎng)分勢(shì)是區(qū)域食物鏈養(yǎng)分流動(dòng)的原動(dòng)力,此外,人口數(shù)、城鎮(zhèn)化率、耕地面積、GDP、運(yùn)輸距離、運(yùn)價(jià)、市場(chǎng)價(jià)格和政府調(diào)控等也是影響食物鏈氮素養(yǎng)分在區(qū)域間流動(dòng)的重要因素。2005年,黃淮海區(qū)不僅是化肥、食物氮素的源,而且是飼料氮素的匯。北京地區(qū)無(wú)論化肥、飼料和食物氮素都為匯。北京地區(qū)單位耕地承載外地區(qū)調(diào)入的氮素養(yǎng)分負(fù)荷為872 kg hm-2。即使這些養(yǎng)分全部在本區(qū)域返還農(nóng)田還存在很大

5、的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此,對(duì)環(huán)北京都市圈食物鏈氮素養(yǎng)分應(yīng)該進(jìn)行區(qū)域間協(xié)同管理。
　　 (4)2005年中國(guó)農(nóng)田和畜牧體系氮素排放量分別為216和111 kg N hm-2,通過(guò)水體排放、NH3、N2和N2O損失分別為155、117、52和4 kg N hm-2。情景分析顯示通過(guò)供需平衡、畜禽糞尿管理和作物綜合管理可以提高氮素生產(chǎn)效率,減少環(huán)境排放,同時(shí)提高作物產(chǎn)量。
　　 (5)隨著GDP增長(zhǎng),在食物消費(fèi)拉動(dòng)下,2005年人均化

6、肥、飼料、食物氮素消費(fèi)量分別為1980年的2.1、2.2和1.3倍,養(yǎng)活一個(gè)中國(guó)人的資源代價(jià)在增加。中國(guó)食物鏈氮素庫(kù)存量和流量大幅增長(zhǎng),1980年到2005年農(nóng)田氮素總流量從2104萬(wàn)噸增加到4355萬(wàn)噸,動(dòng)物生產(chǎn)體系氮素流量從745萬(wàn)噸提高到2255萬(wàn)噸。家庭消費(fèi)系統(tǒng)氮素流量從313萬(wàn)噸增加到436萬(wàn)噸。然而,2005年食物鏈氮素生產(chǎn)效率僅為9％,廢棄物循環(huán)率下降。與此同時(shí),食物鏈氮素流動(dòng)排放造成巨大環(huán)境壓力,2005年食物鏈系統(tǒng)進(jìn)入

7、環(huán)境氮素為4288萬(wàn)噸,是1980年的2.4倍。
　　 (6)氮素在食物鏈系統(tǒng)流動(dòng)受到拉動(dòng)力、控制力、約束力和推動(dòng)力等力的合力影響,各種力從不同角度影響著氮素在食物鏈系統(tǒng)的流動(dòng),既包括自然因素又包括社會(huì)因素。通過(guò)線性規(guī)劃,定量各種力的作用下的不同發(fā)展情景。結(jié)果表明:在拉動(dòng)力、約束力、控制力和推動(dòng)力的合力的作用下(情景5),在人口數(shù)、膳食結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)化率等因素的拉動(dòng)下,食品氮素消費(fèi)量將達(dá)到6.5百萬(wàn)噸,比2005年增加48％。而約束