中國食物鏈氮素流動規(guī)律及調控策略.pdf

1、過去幾十年以來,中國人口不斷增長,國民生活水平不斷提高,為了滿足日益增長的食品需求,生產更多的農畜產品,農民施用了大量氮肥。過量的氮素將導致一系列嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。然而當前,對于食物氮素需求、氮素投入和環(huán)境排放的定量化研究、對于氮素在食物鏈系統(tǒng)的流動規(guī)律研究以及氮素在區(qū)域尺度上調控策略的研究仍然十分匱乏。因此本研究通過構建模型進行定量分析,揭示氮素在食物鏈系統(tǒng)中的流動規(guī)律,闡明中國食物鏈氮素流動的現(xiàn)狀及其歷史變化趨勢,探究氮素流動引發(fā)

2、的資源和環(huán)境代價,為實現(xiàn)氮素(或者養(yǎng)分)優(yōu)化管理和可持續(xù)的現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展策略提供科學依據。
　　 本文主要研究結果如下:
　　 (1)首次實現(xiàn)在國家和區(qū)域尺度上,從食物鏈角度對氮素平衡、環(huán)境排放、利用效率及流動規(guī)律進行定量分析。NUFER模型是中國第一個能夠在國家和區(qū)域尺度上對氮素流動,氮素生產效率,NH3、N2、N2O揮發(fā),淋溶,徑流和侵蝕損失進行綜合評價的模型。該模型還可以根據不同的養(yǎng)分管理技術和政策法規(guī)對流動狀態(tài)的影

3、響進行評估。
　　 (2)2005年,中國食物鏈系統(tǒng)氮素總投入為48.8百萬噸,而食物氮素產出僅為4.4百萬噸,絕大部分氮素排放到環(huán)境中,其中23百萬噸進入大氣環(huán)境,20百萬噸排放到水體環(huán)境。2005年,中國食物鏈系統(tǒng)氮素利用效率(NUEf)僅為9％,這意味著,每生產1kg食品氮需要投入外源氮11 kg。作物生產子系統(tǒng)和畜禽生產子系統(tǒng)氮素生產效率分別為26％和11％。
　　 (3)2005年,黃淮海區(qū)化肥、飼料、植物食物

4、和動物食物氮素盈缺率分別為33％、-120％、38％和65％。養(yǎng)分勢是區(qū)域食物鏈養(yǎng)分流動的原動力,此外,人口數、城鎮(zhèn)化率、耕地面積、GDP、運輸距離、運價、市場價格和政府調控等也是影響食物鏈氮素養(yǎng)分在區(qū)域間流動的重要因素。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)調入的氮素養(yǎng)分負荷為872 kg hm-2。即使這些養(yǎng)分全部在本區(qū)域返還農田還存在很大

5、的環(huán)境風險。因此,對環(huán)北京都市圈食物鏈氮素養(yǎng)分應該進行區(qū)域間協(xié)同管理。
　　 (4)2005年中國農田和畜牧體系氮素排放量分別為216和111 kg N hm-2,通過水體排放、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效率,減少環(huán)境排放,同時提高作物產量。
　　 (5)隨著GDP增長,在食物消費拉動下,2005年人均化

6、肥、飼料、食物氮素消費量分別為1980年的2.1、2.2和1.3倍,養(yǎng)活一個中國人的資源代價在增加。中國食物鏈氮素庫存量和流量大幅增長,1980年到2005年農田氮素總流量從2104萬噸增加到4355萬噸,動物生產體系氮素流量從745萬噸提高到2255萬噸。家庭消費系統(tǒng)氮素流量從313萬噸增加到436萬噸。然而,2005年食物鏈氮素生產效率僅為9％,廢棄物循環(huán)率下降。與此同時,食物鏈氮素流動排放造成巨大環(huán)境壓力,2005年食物鏈系統(tǒng)進入

7、環(huán)境氮素為4288萬噸,是1980年的2.4倍。
　　 (6)氮素在食物鏈系統(tǒng)流動受到拉動力、控制力、約束力和推動力等力的合力影響,各種力從不同角度影響著氮素在食物鏈系統(tǒng)的流動,既包括自然因素又包括社會因素。通過線性規(guī)劃,定量各種力的作用下的不同發(fā)展情景。結果表明:在拉動力、約束力、控制力和推動力的合力的作用下(情景5),在人口數、膳食結構、城鎮(zhèn)化率等因素的拉動下,食品氮素消費量將達到6.5百萬噸,比2005年增加48％。而約束