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當期目錄

    2018年 第51卷 第3期 刊出日期:2018-02-01
      
    農牧系統養分管理
    導讀:農牧系統養分管理
    馬林,馬文奇,張福鎖
    中國農業科學. 2018, 51(3):  401-405.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.001
    摘要 ( 70 )   HTML ( 4 )   PDF (283KB) ( 340 )   收藏
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    對本刊所登15篇論文的內容做了介紹。
    中國農牧系統養分管理研究的意義與重點
    馬林,柏兆海,王選,曹玉博,馬文奇,張福鎖
    中國農業科學. 2018, 51(3):  406-416.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.002
    摘要 ( 120 )   HTML ( 3 )   PDF (1237KB) ( 334 )   收藏
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    中國由于農牧分離和不合理的養分管理方式導致了農田硝酸鹽淋失、水體富營養化、氨揮發和溫室氣體排放等環境問題日益嚴重。研究中國“土壤-作物-畜牧業”生產系統(即農牧系統)養分流動特征,通過優化農牧系統養分管理,保持養分合理流動與循環,減少各個環節的養分環境排放,提高系統利用率是農牧業可持續發展的關鍵,也可為“化肥減施”、“有機肥替代化肥”、“畜禽養殖廢棄物資源化利用”和“面源污染阻控”等國家行動提供科學依據。本文對中國農牧系統養分投入、利用率和環境排放等特征、國內外農牧系統養分管理研究進展進行了分析,提出中國農牧系統養分管理研究重點。目前中國農牧系統養分流動特征是過渡依賴化肥養分投入提高糧食和飼料產量,進而支持集約化畜牧業發展;而農牧分離的生產方式導致了農牧系統養分流動效率低,環境排放高;都市圈及其周邊是排放的熱點區域。國際研究經驗表明,農牧結合是可持續集約化農業的必然出路,農牧結合的核心是通過改善畜禽糞尿管理,減少養分的損失和提高養分在農田循環的比例和數量。兼顧提高農牧業生產力和保護環境的“土壤-作物-畜牧業”系統養分管理已經成為全球關注的焦點。未來,中國農牧系統養分管理研究應包括:(1)典型農作系統“土壤-作物-畜牧”系統養分流動規律和環境效應的定量研究;(2)有機肥替代化肥機理與調控途徑研究;(3)畜禽糞尿養分循環利用機理和減排技術研究;(4)高產高效“土壤-作物-畜牧”系統設計研究。
    東北地區農牧系統氮、磷養分流動特征
    張曉萌,王寅,焉莉,馮國忠,高強
    中國農業科學. 2018, 51(3):  417-429.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.003
    摘要 ( 93 )   HTML ( 5 )   PDF (536KB) ( 176 )   收藏
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    【目的】東北地區是中國重要的商品糧基地及畜牧產品生產地,農牧產品大量生產影響養分流動的趨勢,而不同地區的養分流動又存在一定差異,明確不同地區農牧系統養分流動特征,揭示其存在的問題,并針對不同的流動特征提出合理的優化策略,為區域農牧系統氮、磷養分的管理提供理論依據。【方法】通過整理1984—2014年統計資料數據和查閱相關文獻參數,利用NUFER模型(nutrient flows in food chain, environment and resources use),以東北地區3個省份的農牧系統為研究對象,估算各省域農牧系統中氮、磷養分的流量、損失量,并對各省域氮、磷養分的循環利用情況、損失途徑及利用率作出綜合評價,探究東北地區氮、磷養分在農牧生產系統中變化趨勢及特征。【結果】1984年吉林、遼寧、黑龍江地區農牧系統氮素總輸入量分別為669、746、716 Gg;磷素總輸入量分別為121、222、169 Gg,至2014年氮素輸入量增長至1 899、1 572、2 256 Gg;磷素輸入量達到471、393、769 Gg,氮、磷養分的投入量表現為黑龍江>吉林>遼寧。氮素養分損失率吉林地區最高,磷素養分損失率遼寧地區最高。氮、磷養分循環再利用方面,吉林地區的循環利用率最高,遼寧地區最低。近30年,吉林、遼寧、黑龍江地區農田生產系統氮素養分利用率分別下降10%、11%、32%;磷素養分利用率分別下降16%、2%、23%。畜禽生產系統中,氮素養分的利用率分別增加3%、11%、10%,磷素養分利用率分別增加0.8%、1.9%、3.2%。農牧結合生產系統氮素養分利用率分別由1984年的26%、36%、52%降至2014年的13%、21%、22%,整體表現為黑龍江>遼寧>吉林;磷素養分利用率由1984年的25%、25%、31%降至2014年的9%、14%、10%,表現為遼寧>黑龍江>吉林。【結論】1984—2014年,東北地區農牧系統氮、磷養分投入大幅增加,不同省域間表現出明顯差異。黑龍江地區的氮、磷養分可利用總量均最高,而氮、磷養分的循環再利用率則表現為吉林地區最高。東北地區農牧結合系統中,黑龍江地區氮素利用率高于其他地區,遼寧地區的磷素利用率高于吉林和黑龍江地區。吉林和遼寧地區的氮、磷養分損失率分別高于其他地區。因此,需要針對不同地區的養分流動特征提出農牧管理方面合理化建議,為東北地區的農牧業可持續發展提供依據。
    都市圈“土壤-飼料-動物”系統養分流動與環境效應——以北京市為例
    魏莎,柏兆海,吳迪梅,夏立江,江榮風,馬林
    中國農業科學. 2018, 51(3):  430-441.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.004
    摘要 ( 114 )   HTML ( 6 )   PDF (2149KB) ( 149 )   收藏
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    【目的】隨著中國城市化進程的加快和經濟的快速發展,人們對食品的需求和飲食結構發生了明顯變化。城郊農牧生產的集約化發展在滿足人們日益增長的對動物性產品和高品質植物性產品需求的同時,也帶來了嚴重的資源浪費和環境污染問題。論文通過分析都市圈“土壤-飼料-動物”體系養分流動和環境排放特征,為養分資源綜合管理、促進農牧結合和保護生態環境等提供科學建議。【方法】通過對北京市生豬(92個)、奶牛(28個)、肉牛(11個)、蛋雞(27個)、肉雞(26個)和肉鴨(16)共計200個農場的生產管理、飼料來源和投入、糞尿管理、還田利用的調研,總結出北京市農牧生產不同規模體系的特征參數,結合食物鏈養分流動模型(nutrient flows in food chains, environment and resources,NUFER)、北京市歷史統計數據和文獻參數數據對北京市都市圈農牧系統的氮磷流動、養分利用率和環境損失進行綜合評價。對1980年與2013年農牧生產體系養分流動特征、利用率和環境排放特征的時空變化進行比較分析。【結果】從“土壤-飼料-動物”體系氮磷流動特征分析結果可以看出,體系中氮磷的投入和輸出結構發生了較大變化。2013年,“土壤-飼料-動物”體系中進口主產物飼料氮磷投入是主要的養分來源,而1980年進口副產品飼料是主要的氮磷投入源。2013年氮磷損失為主要的輸出項,而1980年氮磷還田為主要的輸出項。這就說明隨著城市化的發展和農牧系統的規模化,越來越多的外來養分在都市農牧系統中集中,從而帶來了更大比例的環境損失輸出。2013年,農牧生產體系氮素利用率NUEC+A為29.0%,與1980年相似。其中2013年農牧生產體系中的作物生產體系氮素養分利用率NUEC為33.0%,低于1980年的39.5%,而2013年動物生產體系NUEA為20.6%,高于1980年的17.8%。環境損失特征分析結果顯示,單位面積氮磷損失和損失途徑均發生了較大變化。2013年,每公頃耕地面積氮素和磷素總損失分別為436.5和37.5 kg·hm-2,而1980年的氮素和磷素損失分別為77.5和3.2 kg·hm-22013年單位耕地面積的氮素和磷素損失量較1980年分別增加了4.6倍和10.7倍。2013年氮素氣體損失占氮素總損失的比例最大,為61.1%,其次為直接排放,為31.3%,淋溶徑流損失比例最小,為7.6%。與1980年相比,氣體損失比例明顯降低,而無序排放比例明顯增加,超過淋溶徑流成為第二大損失途徑。2013年磷素直接排放損失比例超過淋溶徑流成為最主要的排放途徑。同時,北京市“土壤-飼料-動物”體系環境氮磷損失在城郊區域迅速增加,而在城市中心區域迅速減少。【結論】1980—2013年間,北京市“土壤-飼料-動物”系統氮磷流動特征和環境排放時空分布發生了很大變化。這些變化與種養結構的變化、養殖規模和方式以及環保政策密切相關。
    華北平原典型區域農牧系統氮素流動及其環境效應 ——以河北省為例
    佟丙辛,張華芳,高肖賢,侯勇,馬文奇
    中國農業科學. 2018, 51(3):  442-455.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.005
    摘要 ( 111 )   HTML ( 5 )   PDF (1304KB) ( 155 )   收藏
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    【目的】以華北平原典型地區河北省為例,明確農牧系統氮素養分流動特征和環境效應,分析農牧系統氮素循環利用率和農牧業結合的程度,探討農牧系統氮素的優化管理途徑,為農牧業養分循環和綠色可持續發展提供科學依據。【方法】以河北省“農田-畜牧”生產系統為邊界,在整理統計資料、文獻數據和調研數據的基礎上,利用物質流分析方法,分別定量1980—2015年河北省農田體系、畜牧體系和農牧系統的各個氮素輸入和輸出項,同時利用氮素利用率、氮素盈余量和氮素回田率等指標分析氮素流動特征與環境效應。農牧系統的氮素輸入項主要包括化肥、生物固氮、干濕沉降、灌溉、人糞尿還田、外源飼料;氮素輸出項主要包括農田體系主產品的本地消費、外銷,畜牧體系主產品的本地消費、外銷,農牧系統大氣排放、水體排放;內部的氮素循環項主要包括農田系統副產品還田、農田系統主、副產品作為本地飼料、畜牧系統副產品還田。【結果】1980—2015年,河北省農田生產體系氮素年均輸入量增加1.9倍,而作物收獲氮量僅增長1.5倍,導致農田氮盈余量和損失量分別增加1.7和1.9倍,氮素利用率由47.2%降至41.4%。與有機肥氮投入相比,化肥氮投入占農田總氮投入60%以上,近年來接近70%。區域間農田養分平衡差異大,氮素輸入方面,邯鄲市和唐山市較高(>600 kg·hm-2,承德市最低(<200 kg·hm-2;氮素盈余方面,唐山市最高,為267.8 kg·hm-2,衡水市最低,為51.6 kg·hm-2畜牧體系氮素輸入量也明顯增加,在2005年達到最大值,為1980年的7.7倍;畜禽產品和糞尿氮素產生量同時呈現增加趨勢,尤其是糞尿氮素產生量由21.8×104 t增加到115.3×104 t;各區域間動物糞尿氮素產生量存在明顯差異,其中氮素產生量最高為邯鄲市(377.3 kg·hm-2),最低為衡水市(122.6 kg·hm-2)。外源飼料氮素依賴率由60.5%增至72.7%,畜牧糞尿氮素還田率由70.4%降至30.2%,但畜牧體系氮素利用率由6.4%增至16.3%。從農牧系統整體來看,1980—2015年氮素輸入總累計量高達9 038.9×104 t,化肥氮素投入量約占總氮素投入量的55.7%,外源飼料氮素投入量占總氮素投入量的33.1%,農牧產品累計總輸出氮為2 537.4×104 t,占總累計輸入氮量的28.1%,向大氣、水體累計排放的總氮量高達4061.2×104 t,約占總累計輸入氮量的44.9%。【結論】1980—2015年河北省農牧系統氮素投入量大幅度增加,氮素富集和環境排放嚴重,氮素利用率偏低,不同區域單位面積氮素平衡存在較大差異,農田生產與畜禽生產之間養分循環嚴重脫節。因此,應該充分利用本地飼料資源,提高有機肥的還田率,走農牧結合的道路,從而降低因“農牧分離”造成的“高投入-低效率”代價,促進農牧業可持續發展。
    農牧交錯帶農牧系統氮素流動與環境效應——以山西省為例
    張建杰,郭彩霞,李蓮芬,張強
    中國農業科學. 2018, 51(3):  456-467.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.006
    摘要 ( 98 )   HTML ( 4 )   PDF (4515KB) ( 142 )   收藏
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    【目的】探明山西省農牧交錯帶農牧生產系統的氮素流動特征及其環境效應,進一步為山西實施區域養分資源管理、加快農牧交錯帶產業結構調整提供科學依據。【方法】在整理統計資料、文獻數據和實地調研的基礎上,使用食物鏈養分流動模型(nutrient flows in food chains, environment and resources use,NUFER)和GIS,估算山西省農牧交錯帶(主要涉及大同、朔州、忻州、呂梁、臨汾和太原等6個地市)42個縣區農牧生產系統的氮素賬戶平衡、流動路徑及損失途徑。【結果】不同縣區農田化學氮肥投入存在“兩極分化”的現象,投入水平范圍在6.7—253 kg·hm-2,極值間相差38倍;各縣區農田氮素的投入結構也表現出較大差異,主要跟當地化學氮肥施用習慣及農業種植結構有很大的關系;單位農田面積農作物主產品的氮素攜出量范圍在19.11—96.75 kg·hm-2,空間上整體呈現南北高、中部低的變化趨勢;不同縣區農田氮素盈余量在-16—202 kg·hm-2,氮素虧缺與盈余情況并存;區內畜牧生產系統中外源飼料氮素投入差異較大,朔州市的山陰縣外源飼料氮素投入高達0.94×104 t,而忻州的五寨、臨汾的隰縣、大寧和蒲縣,則可以通過作物生產系統來滿足畜牧生產系統的飼料需求,也充分反映了各縣區畜牧業養殖規模和農牧產業結構存在較大差異;區內單位面積農田動物主產品氮素攜出量范圍1.51—27.50 kg·hm-2,極差25.99 kg·hm-2,說明各縣區畜牧生產系統的生產力水平差異較大,單位農田面積動物主產品的氮素攜出量>13 kg·hm-2的分布在區域北部朔州市的山陰、懷仁、大同等縣區,表明這些縣區畜牧生產系統中的氮素利用率較高;單位耕地面積畜禽糞尿氮素負荷較高(>50 kg·hm-2)的縣區主要分布在區域北部;農牧生產系統氮素損失的空間分布格局明顯:一級區(>200 kg·hm-2)分布在區域北部,二級區(120—200 kg·hm-2)分布在區域南部和北部,三級區(<120 kg·hm-2)主要分布在區域中部,今后應重點關注區域北部農牧業生產過程中的氮素損失及環境問題。【結論】農業生產結構不合理、“農牧分離”是造成農牧生產系統氮素利用率低下的主要原因,今后農田養分資源綜合管理要在空間上合理配置氮素資源,在養分投入上既要考慮化學氮肥和糞尿氮素的投入,還要兼顧來源于環境投入部分的氮素,更要注重和畜牧生產系統的耦合,以最小的環境代價生產更多的農牧產品。
    近20年重慶市農牧生產體系氮素流動特征及驅動力分析
    陳軒敬,宮雅慧,謝軍,張躍強,陳新平,石孝均
    中國農業科學. 2018, 51(3):  468-480.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.007
    摘要 ( 110 )   HTML ( 5 )   PDF (481KB) ( 133 )   收藏
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    【目的】通過評價重慶地區農牧系統的氮素流動特征,明確氮素的主要損失途徑及驅動因素,提出未來農牧生產中氮素管理措施,為實現重慶地區農牧系統氮養分的高效利用提供數據支撐。【方法】通過查閱文獻及統計數據并結合調查研究,采用NUFER(nutrient flow in food chain, environment and resources use)評價方法,以重慶市農牧生產系統為主要研究對象,定量1996—2015年間農牧系統的氮素流動特征,明確其環境代價。在此基礎上,探討人類活動與農牧系統氮素流動特征變化之間的關系,并通過對2020年不同氮素管理情景分析,探索區域氮素的可持續利用途徑。【結果】1996—2015年,重慶市農牧系統氮素輸入總量增長19.2%,2015年達到1 006 Gg,其中化肥貢獻57%以上;氮素輸出總量增長16.5%,2015年達到844 Gg,環境損失為最大的氮素輸出項,占輸出量的61.7%左右,其中農田生產和畜禽養殖系統分別貢獻45.1%和54.9%;農牧系統內氮素循環總量增長42.7%,2015年達到448 Gg,其中秸稈還田和畜禽糞尿還田氮量分別達到32.7和95.0 Gg,20年間分別增長55%和44%。1996—2015年重慶市蔬菜瓜果等經濟作物種植比例從10%升至28%,糧食作物種植比例從82%降至62%,肉蛋奶等動物主產品輸出量增加83%。農牧生產結構的變化與氮素利用和損失的變化呈現顯著的線性正相關關系,但人均GDP (gross domestic product)的增長與氮素利用和損失的變化沒有呈現明顯的線性關系,表明影響系統氮素流動特征的主導因素應該是農牧生產結構變化,而經濟發展水平的變化只是起到了刺激農牧產品消費的作用。通過情景分析,若在2020年實現《重慶市農業農村發展“十三五”規劃》的農產品生產目標,保持目前的氮肥投入和氮素管理現狀,將會增加18 Gg氮素損失,同時降低氮素利用率1.2%;通過提高系統內部氮素循環利用率,優化作物生產養分管理,可在實現生產目標的同時,分別減少氮肥投入和氮素損失量15%和4.2%,提高農牧系統氮素利用率1.3%以上。【結論】在近20年中,重慶市農牧生產系統氮素流動特征發生了很大變化,氮素輸入強度和環境損失在不斷增加,而農牧生產結構改變是其變化的主要驅動力。在重慶未來農牧生產中,減少畜禽生產系統氮素的直接排放,加大畜禽糞尿和秸稈循環利用力度,優化作物生產系統氮素管理措施和提高氮素利用效率,是實現農牧生產和生態環境的平衡發展的有效措施。
    云南省農牧生產系統氮素流動時空變化特征與環境效應
    李曉琳,鄭毅
    中國農業科學. 2018, 51(3):  481-492.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.008
    摘要 ( 83 )   HTML ( 3 )   PDF (2164KB) ( 176 )   收藏
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    【目的】研究云南省農牧生產系統的氮素流動途徑并評價其環境效應,提高農牧業氮素利用率,改善農業生態環境,為制定符合云南省農業發展規律的政策提供科學依據,實現社會經濟生態的可持續發展。【方法】通過運用食物鏈養分流動模型(nutrient flows in food chains, environment and resources use,NUFER),從時間序列的角度分析1995—2014年云南省農牧業氮素養分流動時間分異特征,結合GIS,從空間格局角度分析2014年云南省16個地州農牧業氮素養分流動空間分布特征。【結果】1995—2014年云南省農牧系統氮素投入量逐年遞增,從1995年的2.1×106 t增至2014年的3.5×106 t。氮肥的施用和飼料進口是造成農牧系統氮素投入量增加的主要原因。農田主產品吸氮量與動物生產系統主產品吸氮量在時間上呈現同向增長的關系,農產品吸氮量1995—2014年間上漲2.1倍,動物生產系統主產品吸氮量上漲8.5倍,其中2000年、2006年變化最為劇烈。云南農牧業快速發展的過程中,由于作物播種面積擴大、栽植技術提高,畜牧業養殖規模擴大,模式改良所引起的氮素吸收效率提高。云南省農牧生產系統氮素流動表現出極大的不平衡性;氮素投入呈現放射式分布特征,中心投入量高,四周投入量逐漸遞減。吸氮量則表現出與區域社會經濟發展狀況相協同的特點,經濟發達地區吸氮量較高,經濟發展滯后的區域,吸氮量較低。由于地形條件引起的徑流、侵蝕、淋洗,以及由于施肥方式不合理所引起的氨揮發是導致農牧生產系統中氮素損失的重要原因。根據云南省氮素投入、吸收和損失規律,可將各地州劃分為高投入高排放(大理、昆明、紅河)、高投入低排放(曲靖、麗江、楚雄等)、低投入高排放(迪慶、昭通等)和低投入低排放(怒江、普洱)4大類型。【結論】云南省傳統施肥方式導致施肥過量,大量肥料通過氨揮發的方式排入大氣中,動物養殖過程中產生的糞尿中氮素通過徑流、淋溶進入水體,造成農業生產過程中經濟效益的降低、環境污染。從空間格局上看,大理、昆明、紅河的氮素損失較高。今后亟需改進化肥施用方式,提高化肥利用率,改進畜牧業養殖模式,提高糞尿有機還田的數量。針對主要區域重點治理,采用因地制宜的農牧體系氮素優化管理技術、增加糞尿養分循環和提高氮養分效率,減少氮素向大氣和水體中的排放數量,從而實現農牧體系氮素的合理循環。
    欒城城郊型農牧系統養分流動與環境排放時空特征
    馬怡斐,柏兆海,馬林,聶永強,江榮風
    中國農業科學. 2018, 51(3):  493-506.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.009
    摘要 ( 106 )   HTML ( 3 )   PDF (1645KB) ( 120 )   收藏
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    【目的】改革開放以來中國種植業和畜牧業生產模式及農牧系統結合程度都發生了很大改變,這種改變對農牧體系養分流動以及環境排放都產生了較大影響。論文以河北省石家莊市欒城區為例,分析其1985—2014年農牧系統生產結構、養分流動和損失時空變化特征,確定農牧系統養分損失的關鍵節點和影響因素,為欒城區以及其他縣級行政區的農業可持續發展提供理論依據。【方法】采用食物鏈養分流動模型(NUFER模型:nutrient flow in food chain, environment and resources use)并結合實地調研,定量欒城區氮磷養分流動特征和影響因素。NUFER模型綜合考慮了作物生產系統、畜禽生產系統、食品加工系統和家庭消費系統的氮磷養分流動、利用率和環境損失。實地調研采用面對面的問卷調研方式收集信息,調研內容包括農田養分輸入輸出、生產管理和養殖戶農場養分輸入輸出、生產管理及糞尿管理等。【結果】2014年種植業蔬菜水果播種面積占總播種面積的比例達到25%,每公頃耕地氮和磷(折純,下同)投入量分別為763和335 kg,單位面積氮和磷盈余量分別為132和237 kg·hm-2;畜牧業養殖密度達到18 LU/hm2,飼料進口率達到75%,畜牧業源外源氮磷投入分別占農牧體系外源氮磷投入量的57%和39%,畜牧業源氮磷主產品輸出占農牧體系氮磷主產品輸出的60%和33%,是典型的高環境負荷的城郊型農牧生產體系。1985—2014年,畜牧業畜禽糞尿氮素還田率由59%降至35%。種植業氮利用率從45%降至43%,磷利用率從32%降至23%;畜牧業氮利用率從14%增至30%,磷利用率從4.4%增至10%;農牧系統氮利用率從41%降至36%,磷利用率從27%降至16%。2014年生產1 kg作物產品氮的平均氮損失為0.66 kg,生產1 kg作物產品磷的平均磷損失為0.11 kg;生產1 kg畜禽產品氮的平均氮損失為1.4 kg,生產1 kg畜禽產品磷的平均磷損失為1.8 kg;生產1 kg農牧系統產品氮的平均氮損失為1.5 kg·kg-1,磷損失為0.75 kg·kg-1磷產品。農牧體系氮損失的主要途徑是氨揮發,農牧體系磷損失的主要途徑是糞尿直接水體排放。【結論】受城鎮化驅動和農牧系統生產結構改變的影響,經過近30年發展,欒城區成為高投入、高產出、低氮磷利用率、畜牧業占主導地位的高環境負荷的城郊型農牧生產體系。當前農牧系統養分利用率偏低、損失偏高主要源自過高的畜禽養殖密度、農牧分離以及農牧體系養分管理措施的不合理。因此,確定欒城區合理的畜禽養殖承載量,加強飼養管理,實行糞尿全鏈條管理等農牧結合措施將對農牧系統可持續發展具有重要意義。
    中國苜蓿、黑麥草和燕麥草產量差及影響因素
    魏志標,柏兆海,馬林,張福鎖
    中國農業科學. 2018, 51(3):  507-522.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.010
    摘要 ( 108 )   HTML ( 13 )   PDF (543KB) ( 370 )   收藏
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    【目的】在國家大力推進“糧轉飼”和種植業結構調改的背景下,研究苜蓿、黑麥草和燕麥草3種栽培牧草產量差及影響因素,為揭示牧草生產潛力和制定牧草高產高效措施提供科學依據。【方法】從中國知網和Web of Science兩個數據庫,以“苜蓿產量 施肥”、“黑麥草產量 施肥”、“燕麥草產量 施肥”、“牧草栽培技術”、“Alfalfa, Fertilizer, China”、“Alfalfa, Irrigation, China”為關鍵詞,共收集目標文獻176篇,其中關于中國苜蓿的文章101篇、黑麥草的文章51篇和燕麥的文章24篇。總結中國苜蓿、黑麥草和燕麥草的產量潛力和產量差。通過分析施肥、播種和灌溉對牧草產量的影響,闡明影響牧草產量差的因素及消減途徑。【結果】當前中國栽培苜蓿、黑麥草和燕麥草的產量潛力分別為24、26和22 t·hm-2,農戶產量分別實現了產量潛力的28%、63%和41%。氮磷肥的施用、播種和灌溉可以顯著地影響牧草產量,苜蓿的產量最佳施肥量約為氮肥(N)52 kg·hm-2,磷肥(P2O5)141 kg·hm-2,最佳播種量約為20 kg·hm-2,最佳灌水量約為5 737 m3·hm-2;黑麥草的產量最佳施肥量約為氮肥(N)585 kg·hm-2,磷肥(P2O5)46 kg·hm-2,最佳播種量約為30 kg·hm-2;燕麥草的產量最佳施氮量尚沒有明確的結果,在施氮量<225 kg·hm-2時,燕麥草的產量隨施氮量的增加呈線性的增加,其產量最佳施磷(P2O5)量約為128 kg·hm-2,最佳播種量約為180 kg·hm-2。【結論】中國栽培苜蓿、黑麥草和燕麥草有很大的增產空間,增產潛力分別為17、10和13 t·hm-2。合理的施肥、播種和灌溉可以縮小產量差,優化施肥量可以使苜蓿增產約3.4 t·hm-2,黑麥草增產約1.5 t·hm-2,燕麥草增產約4.2 t·hm-2。優化播種量可以使苜蓿增產60%,燕麥草增產78%,但是僅通過優化播種量并不能使黑麥草增產。優化灌溉量可以使苜蓿增產約9.1 t·hm-2
    中國天然草地氮磷流動空間特征
    魏志標,柏兆海,馬林,張福鎖
    中國農業科學. 2018, 51(3):  523-534.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.011
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    【目的】定量研究天然草地的氮磷流動空間特征,為優化牧草施肥和提高牧草產量提供科學依據。【方法】建立中國天然草地氮磷養分輸入(輸出)數據庫,利用NUFER模型定量中國天然草地氮磷平衡賬戶、利用率和環境排放特征。【結果】(1)2013年,全國天然草地氮和磷的輸入(輸出)總量分別為5 034 Gg N和318 Gg P,單位面積的輸入(輸出)量分別為19 kg N·hm-21.2 kg P·hm-2。氮沉降和畜禽糞尿磷分別占氮和磷輸入總量的49%和89%。各區域天然草地氮和磷輸入(輸出)量變化范圍分別為7.0—70 kg N·hm-20.12—8.0 kg P·hm-2(2)2013年,天然草地氮和磷養分利用率分別為105%和191%,各區域間差異很大。中國各地區天然草地的氮利用率變化范圍為67%—141%,磷利用率的變化范圍為75%—538%;(3)2013年,天然草地氮和磷的環境損失量分別為1.7 kg N·hm-20.059 kg P·hm-2,氨揮發和侵蝕分別是氮和磷的主要損失途徑。西南和東北地區天然草地氮損失量較多,部分區域的損失量超過8.0 kg N·hm-2;西北地區氮損失量較少,平均不足3.0 kg N·hm-2;青藏高原區氮損失量最少,不足1.0 kg N·hm-2。磷的環境排放空間規律與氮排放相似;(4)2013年,全國天然草地土壤氮和磷的虧缺總量分別為706 Gg N和315 Gg P,單位面積虧缺量分別為2.7 kg N·hm-21.2 kg P·hm-2。北方和西南部分地區天然草地的氮土壤累積量為負值,重慶、吉林和遼寧的土壤氮虧損量超過20 kg N·hm-2;西部和西南部分省份天然草地的氮土壤累積量為正值,其中廣西和云南的土壤氮累積量超過5.0 kg N·hm-2。除廣西和貴州外,其他區域天然草地磷養分均有不同程度的虧缺,重慶天然草地磷的虧缺量最大,為3.7 kg P·hm-2【結論】2013年,全國天然草地的氮和磷輸入量較小,約50%的氮素通過氮沉降輸入系統,約90%的磷素通過畜禽糞尿磷輸入系統;全國天然草地土壤的氮和磷呈虧缺狀態,養分利用率高于100%,當前草地系統不可持續,應注意補施氮磷養分;全國天然草地單位面積氮和磷的環境損失量較小,西南地區天然草地的氮和磷環境損失量大于其他區域。各區域天然草地氮磷流動空間特征差異較大。
    中國栽培草地氮磷流動空間特征
    魏志標,柏兆海,馬林,張福鎖
    中國農業科學. 2018, 51(3):  535-555.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.012
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    【目的】中國畜牧業快速發展,對牧草需求日益增加,種植業結構調改已成為必然趨勢定量研究栽培草地的氮磷流動特征,可為優化牧草施肥和提高牧草產量提供科學依據。【方法】以苜蓿、黑麥草和燕麥草為研究對象,建立中國主要栽培牧草氮磷養分輸入(輸出)數據庫,利用NUFER模型定量中國主要栽培牧草氮磷平衡賬戶、利用率和環境排放特征。【結果】1)2014年,全國苜蓿、黑麥草和燕麥草草地氮輸入(輸出)總量分別為1 547、236和67 Gg,磷輸入(輸出)總量分別為323、44和16 Gg。單位面積苜蓿、黑麥草和燕麥草草地的氮輸入(輸出)量分別為326、427和217 kg N·hm-2,磷輸入(輸出)量分別為49、18和35 kg P·hm-2。生物固氮是苜蓿草地氮的最主要輸入項,占總輸入量的51%,氮肥占黑麥草草地氮總輸入量的93%,占燕麥草地總輸入量的84%。磷肥是3種牧草磷的最主要輸入項。(2)2014年,全國苜蓿、黑麥草和燕麥草的氮利用率分別為64%、93%和69%;磷利用率分別為28%、77%和34%。不同區域氮磷利用率差異很大。(3)2014年,單位面積苜蓿、黑麥草和燕麥草草地的氮環境排放量分別為23、4.0和9.9 kg N·hm-2,磷的環境排放量分別為2.6、3.8和2.6 kg P·hm-2。西南地區苜蓿和黑麥草的氮磷環境排放量較高,西部各地區燕麥草草地氮磷環境排放量高于其他區域。(4)2014年,黑麥草草地氮呈虧缺態,其余栽培草地氮磷均有不同程度的盈余。中國西部地區苜蓿的土壤氮磷累積量高于東部地區;黑麥草的土壤氮磷累積量沒有明顯規律;青藏高原區燕麥草的土壤氮磷累積量大于其他區域。【結論】2014年,全國栽培苜蓿、黑麥草和燕麥草草地的氮磷輸入(輸出)量差異較大。生物固氮是苜蓿獲取氮素的重要途徑,田間管理需減少氮肥投入,燕麥和黑麥草主要通過化肥獲取所需養分,應注重肥料施用。3種栽培牧草氮的利用率均高于60%,磷的利用率相對較低。黑麥草草地氮呈虧缺態,需增施氮肥,其余栽培草地氮磷均有不同程度的盈余,應控制肥料過多施用。
    施肥與灌溉對甘肅省苜蓿碳足跡的影響
    劉松,王效琴,胡繼平,李強,崔利利,段雪琴,郭亮
    中國農業科學. 2018, 51(3):  556-565.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.013
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    【目的】評估甘肅省苜蓿不同種植模式的碳足跡,探明溫室氣體的主要排放環節。分析施肥與灌溉對甘肅省苜蓿碳足跡的影響,評估可能的減排潛力,為甘肅省苜蓿生產的可持續發展提供理論依據。【方法】應用生命周期評價理論和IPCC(2006)田間溫室氣體計算方法,建立苜蓿碳足跡評估方法。通過調研甘肅省苜蓿主產區隴東、隴中和河西地區10個縣區的苜蓿種植農戶和農場,收集苜蓿的產量、化肥、灌溉等生產數據。根據施肥和灌溉水平及灌溉水源將甘肅省苜蓿種植模式分為4種,使用建立的苜蓿碳足跡評估方法和甘肅省苜蓿生產投入/產出數據,分析4種種植模式的碳足跡構成特點、施氮水平與灌溉對苜蓿干物質產量和碳足跡的影響特征。使用情景分析方法揭示氮肥減施、改進氮肥生產工藝、無機有機肥混施、滴灌和噴灌技術降低苜蓿種植過程溫室氣體排放的潛力。【結果】甘肅省苜蓿4種種植模式的碳足跡(以CO2 eq計)從小到大依次為0.02(不施肥不灌溉模式,NFNI)、0.19(施肥不灌溉模式,SFNI)、0.22(施肥+河水灌溉模式,SFRI)、0.64(施肥+井灌模式,SFWI)kg CO2 eq·kg-1苜蓿干物質(DM)。SFNI模式除與SFRI模式之間碳足跡差異不顯著外,與其他種植模式之間的差異均顯著。不同種植模式之間的碳足跡構成環節和各環節對碳足跡的貢獻率存在差異。NFNI模式的碳足跡主要由苜蓿殘茬和農機使用兩部分的排放組成;SFNI模式和SFRI模式碳足跡的主要產生環節是化肥生產和氮肥田間施用的排放,其次是農機使用;SFWI模式碳足跡的最大來源是灌溉耗電,其次為化肥生產和氮肥田間施用的排放。通過氮肥減施、無機有機肥混施、降低氮肥生產過程中排放可使甘肅省SFNI、SFRI和SFWI模式的苜蓿碳足跡分別降低10.0%—18.0%、-3.0%—8.0%和1.8%—5.8%。如果不考慮節水管材生產的額外溫室氣體排放,節水灌溉(噴灌和滴灌)可減少SFWI模式苜蓿碳足跡的12.7%—38.5%。【結論】甘肅省4種苜蓿種植模式的產量和碳足跡均存在差異,高投入高產出的SFWI模式的苜蓿產量最高,但碳足跡也顯著高于其他模式。除NFNI模式外,其他3種模式均存在過量施肥現象。減施氮肥和降低氮肥生產過程中的溫室氣體排放均可降低甘肅省苜蓿生產的碳足跡;無機有機肥混施可以降低SFNI和SFRI模式的碳足跡,但同等施氮水平下,無機有機肥混施短期內會降低產量。因此,在保證一定產量同時降低溫室氣體排放量的目標下,有機肥和化肥混施的最佳比例及實際減排潛力仍需通過田間的長期試驗進一步驗證;節水灌溉是SFWI模式的主要減排措施,但節水灌溉所能帶來的綜合減排潛力仍需針對具體區域的田間節水試驗和額外耗材帶來的溫室氣體排放進一步評估。
    農牧系統氨揮發減排技術研究進展
    曹玉博,邢曉旭,柏兆海,王選,胡春勝,馬林
    中國農業科學. 2018, 51(3):  566-580.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.014
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    農牧系統包括種植業和畜牧業兩個子體系,畜禽糞便管理是連接兩個子系統的重要環節。農牧系統氨揮發主要發生在畜禽飼舍、糞尿儲藏、糞尿處理、糞尿和化肥施用等環節。農牧系統氨揮發是大氣氨排放的主要源,是中國近年來空氣質量惡化的主要因素之一。農田化肥施用和畜牧業“飼喂-飼舍-儲藏-處理-施用”各環節的氨揮發減排研究一直是農業和環境領域的研究熱點。因此本文總結農牧系統氨揮發減排技術時,考慮了“飼喂-飼舍-儲藏-處理-施用”鏈條的各個環節。過去10多年,歐美國家對于農牧系統氨揮發減排開展了大量的研究,而中國的氨減排技術研究主要針對農田施肥環節,畜禽養殖和糞便管理環節氨揮發減排理論與技術研究剛剛起步。本文綜述了國內外關于農牧系統各生產環節主要氨揮發減排技術的減排機理、實施效果和適用范圍等,并對今后中國農牧系統氨揮發減排技術研究的主要方向和重點進行了展望,旨在為中國農牧系統氨揮發減排研究提供參考和依據。建議如下:(1)目前的氨揮發減排研究主要關注農牧系統生產過程的特定環節和技術,而缺乏關于全鏈條綜合減排技術研究。建議綜合考慮經濟效益、氨揮發和溫室氣體(CH4和N2O)協同減排及動物福利等因素,構建中國農牧系統氨揮發綜合減排技術體系;(2)中國應大力支持氨揮發減排技術和配套機具的研發,并加強減排技術原理、技術規程和成本效益等研究,推動氨揮發減排技術的推廣與應用;(3)建議制定農牧系統氨揮發減排技術的補貼政策,促進農牧業氨揮發減排技術的實施。
    中國飼料磷推薦水平及磷酸鹽應用現狀和優化分析
    郭勇慶,屠焰,張乃鋒,劉國華,唐德富,王宗勇,鐘昊,李耀基,馬林
    中國農業科學. 2018, 51(3):  581-592.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.015
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    【目的】磷是動物必需的礦物質元素之一,在動物生長、發育和生產中發揮著重要作用。但是,動物生產中磷利用效率通常較低,大量未被利用的磷隨糞尿排出體外,使得環境中磷不斷富集,引起水體富營養化等環境污染。飼料磷水平、磷酸鹽的添加量與磷利用效率及糞尿磷排放量密切相關。論文旨在研究中國飼料磷水平及磷酸鹽應用現狀,為合理利用飼料磷資源和降低糞尿磷的環境影響提供科學依據。【方法】通過分析中國與美國常見畜禽飼養標準,比較不同飼養標準推薦的總磷和非植酸磷需要量的差異;通過對飼料企業調研和飼料樣品測定,分析不同飼料中采用的磷酸鹽種類、添加量和磷的含量。【結果】與中國飼養標準相比,美國的豬飼養標準未列出非植酸磷的需要量,而是以總磷及標準、表觀總腸道可消化磷來表示;美國的蛋雞、肉仔雞和肉鴨飼養標準均未列出總磷需要量;中國的奶牛飼養標準后備期、泌乳期和干奶妊娠期牛的磷需要量分別比美國飼養標準高31%、74%和26%;中國產蛋雞、肉仔雞飼養后期和肉鴨的飼養標準中非植酸磷需要量(分別為0.32%、0.35%—0.40%、0.35%—0.42%)均高于美國飼養標準(分別為0.25%、0.30%—0.35%、0.30%—0.40%)。中國畜禽飼料中所用的磷酸鹽主要為磷酸氫鈣,其次是磷酸一二鈣和磷酸二氫鈣;不同企業生產的同種飼料中磷酸鹽添加量、總磷含量及非植酸磷含量差異很大;當前飼料中磷酸鈣鹽的添加量低于2006年的添加量(分別為8.8 和12.0 kg·t-1);企業標準中飼料總磷需要量與實際測定值、中國飼養標準推薦值及2006年調研值基本相同,但是產蛋雞、小豬和大豬飼料的企業標準推薦的非植酸磷需要量均高于中國和美國飼養標準推薦值。【結論】中國飼養標準推薦的奶牛、產蛋雞、肉仔雞后期和肉鴨的磷需要量高于美國飼養標準,飼料中磷酸鹽的添加量較10年前降低了3.2 kg·t-1,企業標準的產蛋雞、小豬和大豬飼料中非植酸磷需要量高于中國和美國飼養標準。建議根據中國畜禽品種和飼料特點,開展磷需要量相關研究,修改畜禽磷需要量推薦標準,同時采用低磷日糧、高利用率磷酸鈣鹽和添加植酸酶等綜合調控措施來提高飼料磷的利用效率,降低糞尿磷對環境的污染。
    農業面源污染的趨勢研判、政策評述和對策建議
    金書秦,邢曉旭
    中國農業科學. 2018, 51(3):  593-600.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.016
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    【目的】論文對農業面源污染排放的形勢和影響進行科學判斷,有助于下一步政策方向和策略的選擇,對現行主要政策進行評估,則有利于更高效地解決當前問題,及時糾正政策可能出現的偏差。【方法】全面回顧自20世紀70年代以來中國在農業面源污染治理領域的有關政策,綜合運用政策文本分析、實地調研、文獻歸納等方法,對當前治理農業面源污染的主要政策逐一進行評估。【結果】隨著監測和統計口徑的不斷完善,未來農業面源污染排放的絕對數和占比均可能上升,對環境質量的影響將更加明顯。當前農業面源污染受到社會關注、政府重視,同時農業轉型需求迫切,具備打好攻堅戰的各項條件。政策的頂層設計基本形成,但是要謹防政策執行過程中的形式主義。化肥零增長行動目標的實現具有較大確定性,而農藥零增長目標則面臨更多不確定性,均需要警惕落入“數字游戲”陷阱。畜禽污染防治約束有余而激勵不足,嚴重阻礙了畜禽糞便的綜合利用。秸稈禁燒政策不計代價,耗費大量人力、物力卻屢禁不止。【結論】從長期看,防治農業面源污染要做好打持久戰的預期和行動準備,完善監測體系,摸清家底,避免急于求成導致數字浮夸。強化已有政策的落實,避免重形式、輕內容,重出臺、輕落實。投入端主要是源頭減量,要加強投入品的供給側管理,產后端主要是資源化利用,提供更加適合當地的技術手段,政策手段則要疏堵結合,以疏為主。加大針對農業面源污染防治的財政投入,應與其排放占比相匹配。
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