Improved phosphorus use efficiency in agriculture: a key requirement for its sustainable use

Mineral phosphorus (P) fertilizers processed from fossil reserves have enhanced food production over the past 50 years and, hence, the welfare of billions of people. Fertilizer P has, however, not only been used to lift the fertility level of formerly poor soils, but also allowed people to neglect the reuse of P that humans ingest in the form of food and excrete again as faeces and urine and also in other organic wastes. Consequently, P mainly moves in a linear direction from mines to distant locations for crop production, processing and consumption, where a large fraction eventually may become either agronomically inactive due to over-application, unsuitable for recycling due to fixation, contamination or dilution, and harmful as a polluting agent of surface water. This type of P use is not sustainable because fossil phosphate rock reserves are finite. Once the high quality phosphate rock reserves become depleted, too little P will be available for the soils of food-producing regions that still require P supplements to facilitate efficient utilization of resources other than P, including other nutrients. The paper shows that the amounts of P applied in agriculture could be considerably smaller by optimizing land use, improvement of fertilizer recommendations and application techniques, modified livestock diets, and adjustment of livestock densities to available land. Such a concerted set of measures is expected to reduce the use of P in agriculture whilst maintaining crop yields and minimizing the environmental impact of P losses. The paper also argues that compensation of the P exported from farms should eventually be fully based on P recovered from ‘wastes’, the recycling of which should be stimulated by policy measures.     

赣江流域土地利用方式对无机氮的影响

赣江无机氮是鄱阳湖氮素输入的主要来源,查明流域土地利用方式对赣江无机氮的影响对鄱阳湖的富营养化防治具有重要意义.基于2013年1月和6月对赣江干流和主要支流NO-3-N和NH+4-N的浓度测定,通过不同空间尺度和土地类型等级划分,利用相关分析和冗余分析研究土地利用方式对赣江无机氮浓度的影响.结果表明,不同空间尺度的子流域划分方式对赣江流域土地利用类型与无机氮浓度的相关性有较大影响.与NO-3-N相比,选择更小的子流域划分尺度有助于分析土地利用方式对NH+4-N浓度的影响;在温度较高、微生物活动强烈的季节,也应选择更小的子流域划分尺度研究土地利用方式对无机氮浓度的影响.一级土地利用分类下,赣江流域水田、水域对NO-3-N起"源"作用,林地、草地起"汇"作用;居民建设用地对NH+4-N起"源"作用,林地起"汇"作用.二级土地利用分类下,水田中丘陵水田是赣江NO-3-N浓度的主要来源,其次为平原水田,山区水田最小.居民建设用地中的城镇用地和其它工矿建设用地是赣江NH+4-N的主要污染来源,农村用地是NO-3-N的主要污染来源.     

中原城市群区域碳储量的时空变化和预测研究

为了有效评估中原城市群碳储量,运用灰色预测模型获取动态碳密度数据,结合Dyna-CLUE模型和InVEST模型,动态评估2005~2030年土地利用变化下不同情景的碳储量演变特征,以及城市发展对碳储量的影响.结果表明,2005~2020年中原城市群碳储量分别为1689.59×10⁶t、2035.36×10⁶t、2066.34×10⁶t和2093.05×10⁶t,呈现持续增加趋势;2030年经济发展情景、生态保护情景和经济生态协调发展情景下碳储量分别为2162.45×10⁶t、2179.39×10⁶t和2174.28×10⁶t,经济发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.碳储量变化与土地利用面积变化密切相关,主要表现为耕地面积的下降导致其碳储量减少约250×10⁶t,林地面积的扩张导致其碳储量增加约103.4×10⁶t,建设用地的扩张导致其碳储量增加约87.77×10⁶t;耕地和草地面积与总碳储量呈较弱的负相关关系,林地、水域、建设用地和未利用地面积与总碳储量呈较强的正相关关系.2005~2030年中原城市群30个城市的碳储量分别为11.38×10⁶t~214.24×10⁶t,碳储量的变化反映出城市土地碳排放在2030年之前已经达到峰值,且经济生态协调发展情景可能更适合未来城市发展的目标.     

西南典型“退耕还林”区土地利用/覆被变化对土壤中硒及重金属含量的影响

人类活动（土地利用）和环境变化（土地覆被变化）对土壤中硒和重金属含量分布具有重要影响.“退耕还林”生态工程的实施改变了土地利用/覆被,为研究土地利用/覆被变化对土壤中硒和重金属影响提供了理想的实验场所.在西南典型“退耕还林”区,采集了旱地、水田和林地（天然林地和次生林地）的91件表层土壤样品.测定和分析了土壤中硒、重金属、 pH和有机质等参数.结果表明：（1）研究区表土中ω（Se）(0.42×10^-6)、ω（As）(13.0×10^-6)和ω（Sb）(1.03×10^-6)均值显著高于渝西地区的土壤背景值;（2）人工次生林地表土中Se、 Cd、 Cr、 Ni、 Pb和Zn含量都显著高于旱地,表明“退耕还林”工程的实施可能会显著影响表土中硒和重金属富集;（3）土壤有机质（SOM）含量水平是控制表土中硒和重金属含量差异的重要因子.结果发现土地利用/覆被变化通过影响土壤pH和SOM间接深刻地影响土壤中硒和重金属迁移和富集.     

三峡库区小流域不同土地利用类型“土壤-水体”氮磷含量特征及其相互关系

利用长期田间监测数据,分析了三峡库区典型农业小流域不同土地利用类型土壤、浅层地下水氮磷含量分异特征,剖析了坡面土壤氮磷含量与浅层地下水、坡面地表径流氮磷浓度的相互关系.结果表明梯田的土壤TN平均含量显著(P0.05)高于坡耕地,水田梯田平均含量1.49 g·kg~(-1)最高;旱地坡耕地和桑树套种坡耕地土壤TP平均含量显著高于其它地类;旱地梯田土壤NO_3~--N平均含量最高,离散程度最大.坡面土地利用类型对浅层地下水TN、NO_3~--N浓度影响较大,但对TP浓度影响较小;流域浅层地下水TN浓度与NO_3~--N浓度呈极显著正相关,不同坡面浅层地下水NO_3~--N对TN平均贡献率在67.82%~78.51%之间;浅层地下水TN、NO_3~--N月平均浓度变化规律基本一致,春秋两季农作物施肥后均呈现明显上升趋势.坡面土壤TN平均含量与浅层地下水TN浓度呈显著指数关系,坡面土壤NO_3~--N平均含量与浅层地下水NO_3~--N浓度呈对数关系,但与坡面地表径流TN、NO_3~--N浓度无显著相关性;当坡面地表径流TP浓度0.1 mg·L~(-1)时,坡面土壤TP平均含量与其呈显著线性相关;坡面地表径流与浅层地下水TN、NO_3~--N浓度均呈显著幂函数关系,且NO_3~--N相关性更好.     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

研究土地利用变化对土壤有机碳及其动态变化规律,有助于掌握全球气候变化与土地利用变化之间的关系。本文分别从土地利用及其管理方式变化的角度,综合阐述了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理。     

浙中典型富硒土壤区土壤硒含量的影响因素探讨

通过对浙江省中部典型富硒土壤区的系统调查研究,总结了影响土壤硒含量的主要因素.结果表明,地质背景对土壤硒含量有控制作用,汤溪组、之江组和金华组分布区的土壤硒含量明显高于其他地质背景区.研究同时发现,土地利用方式对土壤硒的迁移富集有不可忽视的影响,旱地土壤比水田土壤更易富集硒元素.由于土壤有机质对硒的吸附与固定作用,致使其成为影响硒含量的重要因素之一.除此之外,研究认为土壤质地也是影响土壤硒含量的重要因素,土壤中黏粒含量越多,越黏重,硒含量往往较高.     

青藏高原不同草地利用方式产生的原因及其对社会-生态系统的影响研究进展

20世纪90年代,青藏高原地区开始推行草地承包到户制度,但因种种原因,草地承包落实并不彻底,出现了单户利用和联户利用共存的局面。两种利用方式产生的原因及各自对社会-生态系统的影响引起了学术界的高度关注,已有众多研究人员对此问题进行了深入研究。论文通过对国内外相关文献的分析和总结,对这一研究领域中所取得的主要进展进行了回顾,并凝练出其中存在的主要问题,如对单户利用正面影响和对联户利用负面影响的认识不足等。在此基础上,有针对性地指出了未来研究应予以加强的几个方面,尤其需加强单户和联户利用的实证对比研究。     

利用氮氧同位素解析赤水河流域水体硝酸盐来源及其时空变化特征

赤水河流域作为长江上游重要的水源涵养区,其生态环境状况及水环境质量备受关注。为了了解流域河水氮素来源,本次研究利用硝酸盐稳定同位素(~(15)N、~(18)O)示踪技术并结合流域土地利用类型空间分布分析了赤水河流域丰水期与枯水期干流及主要支流河水硝酸盐来源与转化过程。结果表明,流域水体NO_3~-浓度具有明显的时空变化,其中丰水期NO_3~-浓度要高于枯水期,喀斯特区域的NO_3~-浓度要高于非喀斯特区域。流域干、支流水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-季节性差异明显,丰水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较大,干流差异较小,而枯水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较小,干流差异较大。结合氮氧同位素和土地利用信息发现,丰水期支流NO_3~-受其土地利用方式的影响,其来源具有多样性;干流NO_3~-浓度则主要受支流混合作用影响。枯水期干流NO_3~-受流域人为活动影响较为显著,点源输入造成水体氮同位素分布范围较宽,主要来源表现为生活污水和土壤有机氮;而支流NO_3~-多表现为土壤有机氮来源,部分支流受流域内城镇影响,生活污水对河流NO_3~-贡献较大。流域水体氮污染控制应以农业面源氮流失为主,同时严格控制点源污染的输入。     

基于改进LUR模型的区域土壤重金属空间分布预测

以江苏省常州市金坛区为例,借鉴传统LUR模型思路,考虑土壤重金属的源汇关系,加入土壤属性因子,构建LUR-S模型模拟预测了研究区土壤重金属含量空间分布,并与传统LUR模型及普通克里格插值模型结果进行对比,结果表明:(1)研究区土壤重金属含量受到以土地利用为主的源因子及反映重金属在土壤中赋存环境的汇因子的共同影响.就源影响因子而言,土壤Cu、Zn含量分别与2 000 m缓冲区内交通用地面积、2 000 m缓冲区内城市建设用地面积极显著相关(P0.01);就汇影响因子而言,土壤Cr、Cu、Zn含量与OM、Corg、TC、TN极显著相关(P0.01).(2)研究区土壤重金属Pb、Cr、Cu、Zn空间分布预测的LUR-S模型方程R2较传统LUR模型分别提高了0.041、0.406、0.102、0.501,精度检验R2较普通克里格插值模型分别提高了0.147 7、0.011 6、0.231 0、0.081,RMSE较普通克里格插值分别减少了2.413、0.631、1.112、2.138,表明考虑了源汇关系的LUR-S模型预测精度高于传统LUR模型和普通克里格插值模型;(3)LUR-S模型对污染较低、变异较小重金属空间分布预测的适用性较好,而对污染较高、变异较大重金属则较差.