浙江省农地规模化的空间潜力与减氮增效研究

我国农业以小农经营为主,为解决浙江省细碎化经营带来的收益和资源利用效率低、面源污染严重等问题,本研究通过分析浙江耕地分布格局,量化浙江农地规模化潜力和空间优化路径,结合农田氮平衡和成本收益分析,评估农地规模化对浙江农业生产和环境效应的影响。结果表明:浙江耕地平均田块面积为0.4 hm^(2),面积低于0.6 hm^(2)的耕地占70%。通过土地整理,73%的耕地连片面积在16 hm^(2)以上。耕地连片规模化经营可以使氮肥投入减少53%,促进氮素利用效率从38%增加至56%。农业劳动力需求从每公顷4人减少至1人,农业投入成本降低77%,劳动力农业年均收入可提高9 457元。浙江省推动实施农地规模化具备良好的资源条件,在全省范围内推行有助于发挥农业生产提质增效和环境资源保护作用。政府应当加强政策引导、加大财政支持、推动农业转型,以农地规模化提升浙江农业可持续发展潜力。

设施繁育茶苗适宜光照强度研究

研究在不同光照条件下(光强分别为自然光的8%、15%、35%、42%、50%及75%)生长的茶树扦插苗的光合作用,叶绿素含量和生长情况。结果表明:茶树扦插苗的光合速率(Pn)、最大光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQY)均在自然光强的75%时达到最大值;叶绿素含量随光强的增加而降低,叶绿素a/b则随光强增加而增加;新生物量与最大光合速率一致,在自然光强的75%时达到最大值;其植株生根率、出现愈伤组织的比率、根条比及根生物量比(RMR)随光强的增加而增加,死亡率、SLA及LAR随光强的增加而降低。根据实验结果,适当提高大棚透光率及在阴天对大棚中的茶苗进行加光处理,对快速繁育茶苗有利。

规模化经营推动中国农业绿色发展

我国农业生产面临着养活14亿人口的巨大压力,化肥的过量施用造成了农业面源污染,如何在保障粮食安全的前提下有效控制农业面源污染是我国农业发展面临的重大挑战。本文回顾了1949年以来我国农业生产关系和产量的变化,分析了小农经营面临的化肥过施、农业劳动力老龄化、空心村等问题,指出农业规模化经营是解决这些问题继而实现未来农业绿色发展的有效路径。可在城市化进程中有效推动农地规模化经营,并基于此调整养殖业布局,在空间上重构种养关系,从而实现我国农业整体绿色发展。对于不适宜规模化发展的地区则要探索产业链延长的形式,以三产融合激发高附加值农业的活力。未来需要政府和市场同时发挥效用,引导农民进城,为农业规模化提供基础,并培育新型经营主体,促进农业现代化的有序推进。

农业面源污染现状及防控技术

农业面源污染是造成我国水环境污染的主要因素之一,具有随机性强、污染排放不固定、污染负荷变化大等特点,防治较点源污染更为困难,了解农业面源污染现状及其防控技术是进行面源污染治理的前提。本文概述了农业面源污染成因及其现状,指出种植业中肥料的不合理施用和规模化畜禽养殖排污是当前最重要的农业面源污染来源,较全面地介绍了种植业和畜禽养殖业中较为成熟的面源污染防控技术,提出"源头控制为主、过程阻控与末端治理相结合"是当前进行农业面源污染防控的主要途径,应因地制宜地采用相应的面源污染防控技术,实现环境效益、经济效益和社会效益的同步发展。

茶树种苗工厂化快速繁育技术

本文在全自动智能化温室内,按组培+温室培育和直接温室扦插培育两条技术路线,采用不同材料进行了茶树工厂化育苗试验。结果表明,以田间材料为组培起始物时,春季新梢第三腋芽萌发率最好,每周期增殖率可达2.75倍左右,成苗率在20%以上,直接移植生根率为成活小苗的90%左右。一年双季育苗试验表明,春夏季育苗在3月中旬开始,5个月后,茶苗高度达20.4±8.3cm,练苗后移栽成活率近100%;秋冬季育苗在8～9月初开始,冬季完成根系建立,开春后达20cm以上高度,练苗后移栽;施肥处理茶苗高度的增加量是不施肥对照的5.9倍。

茶树工厂化育苗适宜基质水分条件研究

研究了在不同含水率基质下培养的茶树扦插苗的生长参数、光合作用和叶绿素含量.结果表明:茶苗的新生物量在基质含水率80%～100%时最大,叶面积比(LAR)、比叶面积(SLA)、生根率及比根长(SRL)随基质含水率的增加而增加,根生物量比(RMR)随基质含水率的增加而降低;最大光合速率(Pnmax)随基质含水率的增加而降低,在70%～100%水处理时最大;叶绿素的含量基本上随基质含水率的增加而增加,而叶绿素a/b的值则随基质含水率的增加而降低.因此,在出根后的育苗期间适当降低基质含水率有利于幼苗的形态建成和提高茶苗的光合能力.

我国农田氮肥施用现状、问题及趋势

氮素在作物产量和品质形成中起着关键作用。本文综述了什么是合理施氮,包括施氮量、施氮方法和时期,也包括与有机肥和秸秆还田措施的配合等。指出我国农田氮肥施用的主要问题是施肥过程和施肥后的严重损失。依据农户调查所获得的田块尺度施氮量,与田间试验合理施氮量对比分析表明,过量施氮田块占总调查田块的大约33%。依据区域尺度单位播种面积平均施氮量,与作物平均推荐施氮量对比分析表明,全国过量施氮面积占播种面积20%、合理面积占70%、不足面积占10%。总体而言,过量施氮现象还相当普遍,特别是在蔬菜和果树等经济作物上。本文提出了一种估算国家尺度氮肥需求量的方法,可估算出全国合理需氮量范围,称之为氮肥需求量估算法。用三种不同方法估算的我国1980~2010年间的氮肥需求量与实际氮肥使用量比较表明,如仍然依照现在的粗放施肥习惯,应该为现在的实际氮肥使用量,5年平均为N 27.9×106t左右,正好处于合理需氮量范围的中线。在改善施肥技术基础上,我国2006~2010年间5年氮肥平均使用量应该在N 19.6×106t左右;用五种方法预测的我国未来氮肥需求量表明,如果改善施肥技术,我国2020、2030、2050年合理氮肥需求量分别为N 21.0×106t、21.7×106t、23.1×106t;如施肥技术得不到实质性改善,依然粗放施氮,则氮肥需求量应处于合理使用量范围的中线,分别为N 30.4×106t、31.4×106t、33.4×106t。进一步分析了我国粮食产量和氮肥施用量与美国和西欧的差异,我国农田有机肥和碳投入对增加土壤有机碳氮库的重要性。

氮素管理的指标

用什么指标(indicators或indexes)来衡量不同尺度或生产体系氮素管理的优劣,是提高氮素管理水平的核心问题。近年来,国际上在氮素管理方面提出了许多新概念、方法和指标,以客观评价和改进氮素管理水平,为生产者和政策制定者提供评判标准。本文系统介绍了国际上氮素管理指标的概念、含义、计算方法及对结果的解析,包括:(1)氮素投入、收益与环境效应的关系;(2)氮素收支(budget)、氮素平衡(balance)和氮素盈余(surplus);(3)氮素利用率(Nitrogen Use Efficiency,NUE);(4)氮素利用率与氮素输入、输出及盈余的关系;(5)旱地作物收获后土体硝态氮允许残留量(Residual nitrate-N)。在此基础上,汇总了我国在不同尺度、不同土壤-作物体系氮素研究结果,初步建立了我国典型农田的氮素管理指标,为实现优良的氮素管理提供科学依据。

推进种养结合的制约因素及政策建议

随着粮食增产的迫切需求和化肥工业的快速发展,我国种植业与养殖业养分物质循环断裂,推进种养结合成为实现农业绿色发展重要途径。但目前,我国从农户层面以及区域层面都存在着种植与养殖之间的纽带断裂,造成了农业资源利用的错位,也产生了资源环境双重压力。推进种养结合的堵点主要表现在养殖场责任尚未压实、有机肥施用不便利、堆肥质量标准缺失、社会化服务体系不完善等多方面。本文结合对国内和国际上推进种养结合的典型做法的分析,在强化提升国家粮食安全保障能力的大背景下,从优化种养布局规划、压实养殖主体责任、强化科技支撑、培育社会化服务组织等方面提出了当前构建全新的种养循环体系的建议。

从世界看中国:落实联合国可持续发展目标的成效、差距和展望

推进联合国可持续发展目标(SDGs)是世界共识,也是中国需要。在通往可持续发展的未来进程中,如何评估一个国家的可持续发展,进而了解中国在世界可持续发展中所处的位置,分析中国可持续发展的有利条件和面临的挑战,对于世界了解中国以及中国优化可持续发展具有重要意义。基于此,该研究以2015—2022年联合国可持续发展解决方案网络发布的可持续发展报告为主要载体,探究全球SDGs评估和进展情况,并以从世界看中国的视角分析中国落实SDGs的成效以及中国和世界其他国家的差距,以期为提升中国可持续发展水平提供可能性路径,并为推动世界可持续发展提供动力。研究发现,在全球范围内,可持续发展具有明显的区域和经济集聚性特征,SDGs实现进展在一定程度上具有同质性。从世界看中国,目前中国的可持续发展进展较稳定地处于世界中上游水平,2022年中国SDGs得分为72.4,在163个国家中排第56位。具体而言,中国在“无贫穷”“优质教育”及“负责任消费和生产”方面取得明显进展并为世界可持续发展提供经验;海洋生态系统和陆地生态系统的可持续发展是现阶段中国可持续发展面临的突出短板,与世界其他国家相比存在一定差距。研究认为,进一步优化可持续发展评估体系,明晰可持续发展的优先序,关注重点地区及群体,构建全球合作伙伴关系是落实《2030年可持续发展议程》、构建更包容更可持续发展模式的内在要求。

气候和社会经济因素对全球畜禽氮排放的驱动研究

畜禽氮(N)排放是全球人为氮排放的主要来源,探究其主要影响因素对畜禽氮减排具有重要意义。本研究通过分析全球166个国家畜禽的氮排放强度和氮利用率(NUE)明确畜禽氮排放特征,并运用计量经济学方法探究气候和社会经济因素对畜禽各阶段(包括饲料种植和畜禽养殖两个阶段)氮排放强度的影响。结果发现,当前全球全链条畜禽的总氮(活性氮,包括N_(2)O、NH_(3)、NO_(3)^(-)和NO_(x)四种氮素形式)排放量为98 Tg,总NUE(包括饲料种植和畜禽养殖两阶段的全链条NUE)为7%,其中用于饲料种植的氮排放占78%。畜禽种类和养殖方式对氮排放强度(以畜禽蛋白质质量计)影响很大,散养鸡氮排放强度最高(1.9 kg·kg^(-1)),山羊和绵羊的氮排放强度最低(0.6 kg·kg^(-1)),反刍动物主要以草和秸秆为食,饲料种植阶段氮排放较低。全球鸡的总NUE最高(9%),奶牛和奶水牛的总NUE最低(5%),单胃动物的饲料转化率较高,因而总NUE高。畜禽氮排放与人均GDP、城市化率和降雨量呈极显著的正相关关系,与温度相关性不显著。研究表明:社会经济发展提升了饲料生产阶段的氮排放强度,但降低了畜禽养殖阶段的氮排放强度并推动了畜禽养殖业的发展。目前饲料生产阶段的氮排放未与经济发展脱钩,未来通过优化畜禽饲料管理推动氮减排至关重要。

中国农畜牧业高分辨率氨排放清单

氨(NH_(3))挥发对生态系统和人体健康都带来负面影响,其中农畜牧业占NH_(3)挥发总量的90%左右,农牧业NH3挥发也意味着氮肥流失,给农民带来经济负担。本文梳理了国家重点研发专项“农畜牧业氨排放污染高效控制技术”项目中课题4“农牧业氨排放清单编制及减排评估技术研究”的主要内容,重点介绍农畜牧业动态高精度氨排放清单编制的主要研究进展。本课题构建了农田NH_(3)挥发基础参数集和农事活动数据集,以及畜禽养殖全链条NH_(3)挥发的特征参数集和养殖活动数据集,完成了2017年全国2853个县(市)1 km空间分辨率农田氮肥和畜禽养殖氨排放清单。中国2017年农田氮肥NH3排放量为3.6 Tg,南方排放强度高于北方;畜牧业NH3排放量为5.0 Tg,其中室内圈舍和粪肥农田施用阶段NH_(3)排放较高。华北和华南地区为主要的排放热点区,排放季节集中在春季和初夏。通过基于高分辨率农事活动数据的排放清单,进而应用GEOS-Chem大气化学模型评估各种减排情景带来的空气质量改变,指导精准减排和示范,同时对全国不同区域农业NH3排放特征识别和本地化、精细化农牧业管理提供参考。

解密稻田残留氮肥去向:作物吸收而非环境损失

Rice-based cropping systems are prevalent in Asia,accounting for 16%of global nitrogen(N)fertilizer consumption and providing billions of calories[1].Among these,the rice-wheat cropping system(RWCS)stands out as a critical contributor to global food security,covering an extensive area of 23.5 million hectares(mha)in Asia and sustaining 4.4 billion people[2].

人类活动对杭州城乡复合系统陆源氮排海的驱动分析

对过去28年间(1980～2008)杭州城乡复合系统陆源氮(N)向杭州湾的排量进行了系统的估算,并分析了陆源N增加的社会经济驱动力及相应的控制对策.结果表明,杭州城乡复合系统陆源N排海量从1980年的1.1×104t增加到2008年的3.7×104t,其中,农业面源污染对于N排海量的贡献在28年间一直保持在50%左右,但生活污水的点源N排放量却迅速增加,其2008年的贡献率已达到42%.目前,农田过量施肥、养殖业废水排放及与种植业的N循环脱钩、生活污水处理率低以及污水处理厂出水N浓度标准过宽等是杭州城乡复合系统陆源N排海量迅速增加的主要原因.杭州城乡复合系统陆源N排海量与GDP增长趋势之间的关系显示出污染控制技术和政策调控的功能得到了强化.杭州城乡复合系统的排N量仅占杭州湾陆源N总量的38%,杭州与周边的嘉兴、宁波、绍兴和部分上海地区在2008年共有超过10×104t的活性N排入杭州湾.通过技术革新、政策调整以及环保意识建立来对快、慢变量(相对系统动态而言,发生快速、慢速变化的因子,通常相当于直接驱动与间接驱动力)进行协调控制,是推动杭州湾区域经济环境可持续发展的关键对策.

中国工业氮通量快速增长的驱动力及其影响

人类活动通过增加工业氮(不包括肥料氮)输入、活性氮多样性及活性氮库容量,正强烈地改变着全球氮循环.然而,目前还缺乏对工业氮通量、去向及其环境效应的理解.本研究发现,中国工业氮通量近30年来增加了13.4倍,2008年达到3.7TgN(1Tg=1012g),已超过全国食物氮通量的50%.社会经济发展(人均GDP、城市化以及家庭规模大小)显著驱动了工业氮通量的变化,致使中国高工业氮通量区域主要出现在东部发达地区.工业氮生产过程中的氮流失率仅为5%,远低于农田(约为50%)和养殖(80%).但是,工业氮流失属点源污染,高浓度的点释放给局部环境带来较大危害.中国工业氮组成中,生命周期一年以上的结构性氮产品(如合成纤维和塑料)占全部工业氮产品的比例从1980年的20%增加到2008年的70%左右.2008年新增2.6TgN结构性氮产品,这些结构性氮积累在人类居住区,可能是人为源氮输入(主要为Haber-Bosch固氮)未知氮汇的解释之一.虽然结构性氮滞缓了活性氮的释放,但是其积累过程带来的滞留效应对环境和人类健康存在长期的影响.此外,工业氮循环为现代全球氮的生物地球化学循环增添了新的特征,如增加了活性氮的种类,降低了活性氮的周转率等,未来需要将工业氮整合到地球系统的动态模拟中.工业氮循环的通量及其环境效应的整合分析将为决策者制定区域可持续发展战略提供全新的认识.

模拟人工湿地中植物多样性对铵态氮去除的影响

为了研究植物多样性对人工湿地生态系统的氮去除功能和硝化作用的影响,在模拟人工湿地中配置了单种和4种植物混种2个处理,并以铵态氮为唯一入水氮源负荷。结果表明:混种系统出水中的无机氮浓度显著低于单种系统(分别为3.41和7.20mg·L-1,P<0.05),铵态氮浓度也显著低于单种系统(分别为1.35和4.11mg·L-1,P<0.05);而出水硝铵浓度比(NO3-∶NH4+=1.55)则高于(P<0.05)单种系统(0.80),说明多样性增强了系统的硝化作用;混种系统基质的无机氮存留量(1455mg·m-2)低于(P<0.05)单种(2235mg·m-2),说明混种系统中可能存在资源的互补利用;根据物质平衡法推算出混种系统中植物总的氮吸收量对无机氮去除的贡献率(48%)大于(P<0.05)单种(31%),植物的可移除部分(地上)对无机氮移除的贡献率也呈现此规律(混种和单种分别为33%和20%,P<0.05);基质氮存留在2种系统中的贡献率则与植物吸收规律相反(混种和单种分别为5%和9%,P<0.05);混种系统中的反硝化作用、氨挥发和微生物的氮固持等对氮去除的贡献率低于单种系统。

关于减少农业氨排放以缓解灰霾危害的建议

大量科学证据表明,灰霾主要是由碱性污染物氨（NH3）与酸性污染物二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）在空气中发生化学反应,生成硫酸铵和硝酸铵,形成PM2.5凝结核,吸水并结合其他污染物而形成（图1）。在NH3大量存在的条件下,SO2和NOx形成PM2.5的速度会急剧增加。NH3在灰霾形成中的重要性,引起了全社会的高度关注。基于国家重大科学计划项目＂我国活性氮源及其对空气质量与气候变化的影响机理研究＂和我们长期＂氮素循环与环境影响＂的研究结果,提出种植和畜牧养殖氨气减排措施,供政府灰霾治理决策参考。

模拟人工湿地中植物多样性配置对硝态氮去除的影响

为检验植物多样性对人工湿地脱氮功能的影响,在模拟人工湿地试验系统中设置了植物单种和混种处理并定期供给氮形态仅为硝态氮的模拟污水。结果表明:混种系统的出水硝态氮浓度显著低于单种(P<0.05);混种与单种系统在基质氮含量和植物氮积累量上无统计差异;质量平衡分析表明混种促进系统反硝化强度;菩提子单种系统中的硝态氮移除能力显著高于香蒲、芦苇和菖蒲单种系统,后3种硝态氮移除能力则无显著差异。本研究可为人工湿地选择高效物种、多样性配置以提高氮去除率提供依据。

模拟人工湿地中的植物多样性与系统抵抗力

设计模拟人工湿地实验,探究铵干扰下生态系统抵抗力与物种多样性的关系。在90个沙培微宇宙中配置了4个物种丰富度梯度(1、2、3、4),设置了加铵干扰和无干扰2组处理。结果表明:(1)无干扰时植物地上生物量随物种丰富度的增加显著增加,而铵干扰会消解丰富度的正效应;(2)地上生物量对铵干扰的抵抗力与丰富度呈负相关;(3)抵抗力与未干扰的地上生物量负相关;(4)菖蒲(Acorus calamus)在系统中的存在会显著降低系统对铵的抵抗力,其他种无影响。本研究设置了新的干扰类型,拓展了多样性-抵抗力研究。

植物物种丰富度对水培微宇宙中硝态氮去除的影响

在沙基质的人工湿地中植物多样性能够提高污水去除效果,但无基质水生系统中植物多样性对除氮效应的影响还未知。本研究在45个水培微宇宙(53cm×37.5cm×18.5cm)中配置了4个物种丰富度梯度(1、2、3和4),并定期供给硝氮为唯一氮形态的模拟污水,氮载荷率为548.5gN·m-2·a-1。结果表明:物种丰富度对出水中氮去除有显著效应,4个种系统出水总无机氮浓度(54.3mg·L-1)明显低于单种系统(129.0mg·L-1);物种丰富度显著提高群落生物量,4个种微宇宙系统群落总生物量为1621.6g·m-2,高于单种群落的1032.7g·m-2。水培微宇宙的氮平均移除速率为466.8gN·m-2·a-1,不低于已有报道的全尺度人工湿地的去除能力,同时,4个种的系统比单种系统约高13%,因而可以通过物种多样性配置提高人工湿地效能。