我国化肥施用量持续增长的原因分解及趋势预测

我国化肥大量使用在提高农业生产的同时也对环境产生了严重的负面影响。目前国内外学术界对我国化肥施用量持续增长的原因以及未来我国化肥使用的发展趋势还存在较大争议。论文利用过去20 a 间我国化肥施用量的相关数据, 对化肥施用量持续增长的成因进行了分解。研究结果表明:化肥使用强度的增长是我国化肥施用总量增长的主因, 但从2007 年以来, 使用强度的贡献不断下降, 播种面积调整的贡献有所提高。根据分解结果并利用“中国农业可持续发展决策支持系统”(CHINAGRO) 预测了2020 年全国和各省化肥使用量情况。模型分析结果表明如果不采取措施, 我国未来化肥的使用总量和单位播种面积化肥施用量将依然呈现增长趋势, 且单位面积化肥用量将长期高于225 kg/hm²的国际上限标准。预计到2020年我国化肥总施用量和单位播种面积化肥施用量比2010 年分别提高2%和4.3%。东部地区单位播种面积化肥施用量较高, 2020 年广东、福建、天津、北京等省(市) 化肥单位面积施用量将接近或超过600 kg/hm², 这将对当地环境造成巨大压力。     

2008~2017年中国地级市化肥施用碳足迹的时空演变格局

本研究收集整理近10年来我国地市年鉴化肥施用数据,基于生命周期分析思想定量研究我国2008~2017年地市尺度的化肥施用碳足迹时空演变特征.结果表明：2008~2017年,我国化肥施用碳足迹以2013年为节点呈现"先增大后减少"的单峰变化,2015年我国氮、磷和钾肥施用总碳足迹负荷为1.97t CO₂eq/hm²,较发达国家平均水平高出50%以上;在化肥生产和施用的全生命周期阶段,生产和运输过程的温室气体排放占比较高（60%以上）;氮肥的施用贡献了约91%的总化肥施用碳足迹;超过3/4的地市化肥施用碳足迹负荷过高,主要位于我国三大粮食主产区（华北平原,东北平原和长江中下游平原）;2013年以后仍有33个地市的化肥施用碳足迹依然保持增长,这些地区主要位于新疆,云南和黑龙江等地.本研究揭示了近10年我国化肥施用碳足迹的变化过程,可为我国绿色农业发展和温室气体相关政策制定提供一定参考依据.     

中国西北地区多情景土地利用优化与碳储量评估

土地利用/覆盖变化(LUCC)是导致陆地生态系统碳储量变化的主要因素,研究未来不同情景下的土地利用和碳储量变化过程,有助于制定科学的土地利用政策和提高区域陆地生态系统碳储量.研究构建了GMMOP-PLUS-InVEST模型,通过多源数据分析了2000～2020年中国西北地区土地利用和碳储量的变化特征,并预测了自然发展(ND)、经济发展(ED)、生态保护(EP)和综合发展(CD)情景下的2030年中国西北地区土地利用和碳储量.结果表明：(1)2000～2020年,草地面积减少了1 680.99×10⁴ hm²,耕地、林地、水域、湿地、建筑用地和未利用地面积分别增加了201.19×10⁴、 208.47×10⁴、 91.54×10⁴、 51.30×10⁴、 157.40×10⁴和971.09×10⁴ hm².(2)2000～2020年,土壤和地下碳储量减少,死亡有机物和地上碳储量增加,总碳储量减...     

太湖流域农户环境友好型技术采纳行为及其环境和经济效应评价——以测土配方施肥技术为例

论文基于太湖流域上游地区221 户水稻生产农户调查数据,利用Probit 模型分析了农户采纳测土配方施肥技术的影响因素,然后构建投入需求和产出供给方程,评价了测土配方施肥技术采纳的环境和经济效应。研究表明,平均年龄越小、家庭耐用资产状况越好以及上一年与农技推广人员接触次数越多的农户,越倾向于选择测土配方施肥技术,而受教育年限较少或较多的农户都不愿意选择该技术。测土配方施肥技术确实能够起到降低化肥施用量和提高水稻产量的双重作用,控制其他条件,测土配方施肥技术采用率每增加1%,化肥施用量降低0.09%(0.45 kg/hm²),而水稻单产提高0.04%(2.91 kg/hm²)。若研究区域实现测土配方施肥全面推广应用,将可进一步减少化肥用量34.91 kg/hm²,同时提高水稻产量223.98 kg/hm²,具有较可观的环境和经济效应。但是测土配方施肥技术的实际推广进程缓慢,项目管理实施也不够规范,为此,有必要加大测土配方施肥技术研究投入,加强对技术的宣传和培训工作,同时结合示范户的榜样作用,以点带面促进该技术的深入推广和规范实施。     

三峡库区典型粮菜轮作系统施肥管理及环境代价评价

为明确三峡库区两种典型轮作系统的施肥管理现状及其环境代价,随机抽样选取三峡库区腹地涪陵区175个农户进行施肥管理现状调查,从生产力、肥料种类与用量、环境代价和经济效益四个方面进行对比分析榨菜-玉米和榨菜-水稻两种典型粮菜轮作模式,同时设计情景分析,评价优化施肥及新型肥料的施用在降低环境代价方面的作用.结果显示,两个粮菜轮作系统生产力差异不显著,但施肥总量榨菜-玉米轮作系统比榨菜-水稻轮作系统高68.4%,主要原因是玉米种植过程中的氮肥、磷肥和钾肥用量比水稻种植分别高出305kg/hm²、92.3kg/hm²和66.6kg/hm².在施肥过程中,单位收益（每1000元）上榨菜-玉米轮作产生的活性氮损失、酸化效应和富营养化效应分别比榨菜-水稻轮作高147%、73.1%和146%,温室气体效应比榨菜-水稻轮作低38.9%;单位面积（每hm²）上榨菜-玉米轮作体系造成的活性氮损失、酸化效应和富营养化效应比榨菜-水稻轮作体系分别高出44.6%、27.1%和44.1%,而造成的温室气体效应比榨菜-水稻轮作体系低33.3%.运用情景分析方法模拟发现,优化施肥量可以显著的降低环境代价,在优化施肥基础上添加硝化抑制剂可以进一步降低整个轮作体系的活性氮损失、温室气体效应和富营养化效应.本研究为实现源头减量技术防控面源污染提供了理论支撑.     

长江经济带农业源非二氧化碳温室气体排放的时空特征

利用清单方法核算了1980~2016年长江经济带农业源非二氧化碳（CO₂）温室气体的排放总量和排放强度,分析了不同经济发展情景和农业-环境脱钩状态下长江经济带2030年和2050年的排放情景.研究表明：时间维度上,1980~2016年长江经济带农业源非CO₂温室气体排放总量呈上升趋势,从0.26Gt CO₂-eq上升到0.32Gt CO₂-eq;2030年和2050年在高情景和中情景2种情景下,长江经济带农业源非CO₂温室气体排放量不会达峰,江苏、湖南、重庆、云南、湖北和安徽等六省（市）的单位农地面积排放强度将增加;3种情景下,四川始终为单位农地面积排放强度较低的地区.     

基于生命周期视角的种养一体化奶牛场环境经济效益评估

准确评估种养一体化奶牛场的经济性能与环境绩效,是相关支持政策制定的基础,也是促进奶业低碳生产的关键.本文基于生命周期视角,对非种养一体化奶牛场（non-IPBS）和种养一体化奶牛场（IPBS）养殖过程中的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用等环境成本和经济效益进行评估.结果表明,non-IPBS生产1t标准牛奶（FPCM）的净收益为1427元,而IPBS的实际净收益提高7%,如果青贮玉米自给率从当前的32%提升到100%,则实际净收益将提高19%,同时,该净收益的提高率取决于耕地流转费用,临界点为14695元/hm²;相比non-IPBS,IPBS生产1tFPCM的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用分别减少6%、6%、5%、7%,如果青贮玉米自给率提升到100%,则相应减少16%、16%、11%、14%.IPBS在降低青贮玉米种植的化肥施用、解决养殖场粪便污染等方面优势明显,在提升养殖经济效益、降低温室气体排放等方面具有巨大潜力,值得推广.     

中国城镇污水处理厂温室气体排放趋势及驱动因子识别

为实现我国城镇污水处理厂绿色发展,助力实现“双碳”目标,通过测算2014-2020年我国各省(自治区、直辖市)城镇污水处理厂温室气体排放量(不包括西藏自治区和港澳台地区数据,下同),分析各省份污水处理厂水-能关系及空间格局变化趋势,并基于随机森林模型识别影响城镇污水处理厂温室气体排放的驱动因子,探究各因子对碳排放总量的影响程度.结果表明：(1)我国2020年城镇污水处理厂温室气体排放总量(以CO₂当量计)为33.26 Mt,较2014年增长了45%.全国人均排放量为22.9 kg/a,单位GDP排放强度为3.19 kg/(10⁴元),吨水排放强度为0.589 kg/m³,均存在北高南低的特征.(2)华北地区城镇污水处理厂温室气体间接排放占比最高,天津市水-能关系最为合理,GWFRE(灰水足迹削减率)与eGWFR(单位能耗下的灰水足迹削减效率)分别为4.57、9.14.(3)全国城镇污水处理厂温室气体排放的空间自相关性逐年加强,热点区域面积逐年减小,冷点区域面积逐年增加,局部格局呈显著的南北分异.(4)驱动因子中人口数量、...     

黑河中游绿洲区地膜残留特征及农户行为分析

近年来我国地膜施用量及覆盖面积快速增加,在提高农业产量的同时也产生了严重的农膜污染,在西北干旱区的表现尤为突出。论文利用实地采样数据及农户调查数据,建立Probit模型与多元线性回归模型,分析黑河中游绿洲区地膜的残留水平与影响农户地膜施用行为的主要影响因素。结果表明：1）目前张掖市农用地膜覆盖现象已经非常普遍,有69.9%的农作物播种面积覆盖了地膜;2）仅2014年1 a研究区地膜的残留率平均为25.7%;耕地中地膜的残留总量达到了63.75 kg/hm²,相当于2014年单位玉米种植面积的地膜用量,已经接近我国国家标准限定值（75.0 kg/hm²）,明显高于内蒙古与华北地区;3）在低温少水的黑河中游山区,农户并未大规模施用地膜进行保温保湿,而是采用种植春小麦与大麦作物应对气候不足。地膜施用与否的高程界线约为2 100 m。从多元线性回归模型的结果来看,农户地块数量和农户的非农工资水平对农户地膜回收率有明显的负面影响,农业劳动投入时间与高程则具有明显的正面影响。从原因上看,农户非农收入水平的高低对地膜回收率具有决定性的影响。值得注意的是,农业补贴与户主的受教育程度对地膜回收率的影响不明显。为提高地膜回收率,减少地膜污染,需要提高地膜质量,防止破碎以便于捡拾;加快地膜回收机械的研发与推广,替代逐步提高的人工费用;加快研发与推广可快速降解的地膜技术。     

生活垃圾收运环节温室气体排放量核算方法研究

科学合理的碳核算方法是支持碳达峰碳中和的关键,生活垃圾分类下收运环节温室气体排放量的系统性核算方法有待完善.为了科学核算分类下生活垃圾收运环节温室气体排放,该研究依据《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版》及《温室气体协议》,开展了生活垃圾收运环节核算范围的确定、温室气体排放源和排放种类的识别及核算模型构建.结果表明：生活垃圾收运环节核算范围包括投放点、暂存点、中转站以及处置点4个核算单元,排放源包括移动源、固定源和工艺/过程排放,移动源为收运车辆用电隐含排放CO₂以及燃料燃烧排放的CO₂、CH₄和N₂O,固定源为中转站用能设施隐含排放的CO₂,工艺/过程排放为收运车辆尾气净化消耗催化剂产生的CO₂.同时构建了温室气体排放核算模型,对北京市顺义区生活垃圾收运环节碳排放当量进行核算,结果显示分类后的厨余垃圾和其他垃圾收运环节温室气体排放量存在差异,其中单位厨余垃圾温室气体排放量(以CO₂当量计)为24.78 kg/t,...     

不同灌溉方式旱田土壤N2O排放和氮素淋溶特征

通过野外原位监测试验,利用静态箱-气相色谱法、土壤溶液提取器分别对旱田土壤N₂O排放及氮素淋溶进行2018和2019年连续两年观测.试验设计为DCK （滴灌无肥）、DD （滴灌+N 500kg/hm²）、DG （滴灌+N 1000kg/hm²）、FCK （沟灌无肥）、FD （沟灌+N 500kg/hm²）、FG （沟灌+N 1000kg/hm²）.结果表明,不同施氮量、不同灌溉方式对N₂O排放和氮素淋溶量影响具有极显著差异（P<0.01）.N₂O排放量随施氮量的增加而增加,滴灌与沟灌相比可有效降低N₂O排放,2018和2019年FCK、FD、FG的N₂O累积排放量分别为2,23.79,45.73kg/hm²和2.08,6.23,13.93kg/hm²,而DCK、DD、DG分别降低了35%、80.9%、75.6%和26.7%、66.4%、21.5%.2018和2019年旱田土壤氮素淋溶量均表现为：滴灌<沟灌,80cm深度土壤溶液氮素淋溶量<40cm.2018和2019年相同施氮量下滴灌与沟灌相比,在40cm和80cm分别能减少氮素淋溶量36.95%~63.10%和54.93%~87.92%.主成分分析结果表明,影响N₂O排放的主要环境因子为土壤NO₃^--N含量和降水频率,相关系数分别为0.689、0.596;影响氮素淋溶量的主要环境因子为降水频率和灌水频率,相关系数分别为0.697和-0.729.滴灌可有效减少N₂O排放和氮素淋溶量,在提高肥料利用率的同时可减轻环境污染.     

禁牧草地补偿标准问题研究——基于最小数据方法在玛曲县的运用

以黄河重要水源涵养和补给区玛曲县为例,以草原生态保护补助奖励机制政策为分析背景。运用最小数据方法,以草地水源涵养表征生态系统服务,通过单位面积禁牧草地水源涵养量的机会成本的空间分布推导了禁牧草地水源涵养量供给曲线。结果表明：1）实施生态补偿可以激励牧户自愿禁牧,禁牧比例大小随补偿标准的变化而变化,禁牧草地所能提供的水源涵养量目标则随禁牧比例的变化而变化;2）玛曲县在现有禁牧面积17.67×10⁴ hm²上所能提供的水源涵养量目标为77 383.998 0×10⁴ m³,为了实现这个目标需要按1 751.7元/hm²的补偿标准对牧户进行补偿,总计30 950.503 8×10⁴元,此外还包括实施成本2 650.235 0×10⁴元、交易成本1 768.459 9×10⁴元;而现行的补偿标准300元/hm²,能够激励牧户自愿禁牧的比例仅有0.64%,理论上所能提供的水源涵养量目标也只有495.257 5×10⁴ m³。     

牛粪-化肥配施对水稻田氮磷迁移转化的影响

在控制外源N输入量相同的前提下,通过田间小区实验,探讨有机肥与化肥不同施用量（牛粪施用量：5,10,20t/hm²）对稻田田间土-水界面氮磷迁移转化特征的影响.结果表明：控制稻田水中NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP输出的最佳时期分别为施肥后的第5,30,7,20d,且TN和TP浓度随时间变化符合单指数衰减方程（0.7444≤R²≤0.9724;1.1×10^-6≤F≤0.0055）.采用牛粪部分代替化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田退水中TN、TP输出负荷（41.8%、36.0%、64.3%;20.3%、39.1%、48.9%）,还可以降低稻田水中N/P,降低水体富营养化风险.同时,牛粪的施用可提高土壤中脲酶和磷酸酶的含量,促进氮磷向植物可吸收形态转化.综合经济成本和生态效益核算,采用10t有机肥代替无机肥的处理是相对经济环保的施肥方法,该施肥方式下,氮磷年输出负荷分别为17.70,1.26kg/hm².     

华北高产粮区夏玉米生命周期环境影响评价

以山东省桓台县夏玉米生产体系为例,应用生命周期评价方法,以单位产量为评价功能单元,把夏玉米生命周期分为原料开采与运输、农资生产与运输、作物种植3个生产阶段,对不同施氮水平下夏玉米生命周期的资源消耗与污染物排放进行了清单分析和影响评价.结果表明,随着施氮量的增加,夏玉米生命周期环境影响呈指数上升趋势,其中,主要影响类型为水资源耗竭,这与农作物需水量较大、水分生产率较低有关.在低氮量条件下,主要污染影响类型是全球变暖,随着施氮量的增加,富营养化上升为主要污染影响类型.提高作物种植阶段水肥利用效率是控制夏玉米生命周期环境影响的关键,它可减少夏玉米对水资源和氮肥的需求,从而直接减少农田氮素损失污染影响,也间接降低了上游生产环节的资源消耗与污染物排放影响,进而有助于降低夏玉米生命周期环境影响总潜力.     

不同施肥方式对东北旱田黑土nirK和nirS型反硝化细菌群落结构的影响及黑土保护建议

反硝化过程是土壤氮素循环的重要过程之一,与土壤氮肥损失和温室气体排放紧密相关。通过分析不同施肥方式对东北旱田黑土nirK型和nirS型反硝化细菌群落结构的影响及其与N₂O排放的关系,证实黑土中nirK型比nirS型反硝化细菌多样性丰富,且更易受土壤理化性质的影响。施入化肥会降低东北旱田黑土反硝化细菌多样性、N₂O释放量和土壤养分含量,而有机肥的施入虽然可提高土壤养分含量,但是也会显著增加土壤反硝化作用,存在潜在的负面环境效应。因此对黑土地的保护要积极推行种养结合,建立可循环农业体系;适当配施有机肥料,调节黑土微生物活力;大力完善相关制度,营造科学管理新规范,从而构建我国黑土保护的立体格局。     

基于种养平衡的杭州市畜禽养殖环境承载力研究

种养结合循环利用是生态化、资源化解决畜禽规模养殖粪污排放问题的根本途径。论文以土壤有效氮、磷含量预测土壤供肥能力,结合种植和养殖业年度统计数据,利用修正的养分平衡法估算杭州市畜禽养殖环境承载力,并分析杭州市各县市畜禽养殖污染风险。结果表明：2014年杭州市畜禽养殖环境承载力以氮、磷计分别为18.20和 18.29头猪当量/hm²,实际承载量分别为13.26和12.70头猪当量/hm²,污染风险指数分别为0.73和0.69,说明杭州市整体处于畜禽养殖低污染风险状态,但各县市的污染负荷差异显著,市区等4个县市属于过量承载,存在较高的污染风险,富阳等4个县市仍有一定的承载潜力。研究结果可为杭州市种养业平衡整体规模配置、布局调整和粪污消纳等决策提供科学依据。