都市圈“土壤-饲料-动物”系统养分流动与环境效应——以北京市为例

摘要：

[目的]随着中国城市化进程的加快和经济的快速发展,人们对食品的需求和饮食结构发生了明显变化.城郊农牧生产的集约化发展在满足人们日益增长的对动物性产品和高品质植物性产品需求的同时,也带来了严重的资源浪费和环境污染问题.论文通过分析都市圈“土壤-饲料-动物”体系养分流动和环境排放特征,为养分资源综合管理、促进农牧结合和保护生态环境等提供科学建议.[方法]通过对北京市生猪(92个)、奶牛(28个)、肉牛(11个)、蛋鸡(27个)、肉鸡(26个)和肉鸭(16)共计200个农场的生产管理、饲料来源和投入、粪尿管理、还田利用的调研,总结出北京市农牧生产不同规模体系的特征参数,结合食物链养分流动模型(nutrient flows in food chains,environment and resources,NUFER)、北京市历史统计数据和文献参数数据对北京市都市圈农牧系统的氮磷流动、养分利用率和环境损失进行综合评价.对1980年与2013年农牧生产体系养分流动特征、利用率和环境排放特征的时空变化进行比较分析.[结果]从“土壤-饲料-动物”体系氮磷流动特征分析结果可以看出,体系中氮磷的投入和输出结构发生了较大变化.2013年,“土壤-饲料-动物”体系中进口主产物饲料氮磷投入是主要的养分来源,而1980年进口副产品饲料是主要的氮磷投入源.2013年氮磷损失为主要的输出项,而1980年氮磷还田为主要的输出项.这就说明随着城市化的发展和农牧系统的规模化,越来越多的外来养分在都市农牧系统中集中,从而带来了更大比例的环境损失输出.2013年,农牧生产体系氮素利用率NUEC+A为29.0％,与1980年相似.其中2013年农牧生产体系中的作物生产体系氮素养分利用率NUEC为33.0％,低于1980年的39.5％,而2013年动物生产体系NUEA为20.6％,高于1980年的17.8％.环境损失特征分析结果显示,单位面积氮磷损失和损失途径均发生了较大变化.2013年,每公顷耕地面积氮素和磷素总损失分别为436.5和37.5 kg.hm-2,而1980年的氮素和磷素损失分别为77.5和3.2 kg·hm-2,2013年单位耕地面积的氮素和磷素损失量较1980年分别增加了4.6倍和10.7倍.2013年氮素气体损失占氮素总损失的比例最大,为61.1％,其次为直接排放,为31.3％,淋溶径流损失比例最小,为7.6％.与1980年相比,气体损失比例明显降低,而无序排放比例明显增加,超过淋溶径流成为第二大损失途径.2013年磷素直接排放损失比例超过淋溶径流成为最主要的排放途径.同时,北京市“土壤-饲料-动物”体系环境氮磷损失在城郊区域迅速增加,而在城市中心区域迅速减少.[结论]1980-2013年间,北京市“土壤-饲料-动物”系统氮磷流动特征和环境排放时空分布发生了很大变化.这些变化与种养结构的变化、养殖规模和方式以及环保政策密切相关.

关键词：“土壤-饲料-动物”系统、养分利用率、氮损失、磷损失、NUFER模型

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资助基金：国家自然科学基金面上项目31572210;河北省杰出青年基金D2017503023;科技部国家国际科技合作专项2015DFG91990;中国科学院重点部署项目ZDRW-ZS-2016-5;中国科学院百人计划项目

在线出版日期：2018-04-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：430-441