基于土壤碳平衡的黑土区县域种养规模优化

东北黑土区是中国商品粮的主产区,近年来存在耕地“变薄、变瘦、变硬”等土壤质量下降问题。农业废弃物作为碳源高效还田是提升土壤质量的重要途径,但目前缺少基于农业-牧业碳素循环调控的区域农业生产系统模式,以促进碳素高效还田和黑土地地力提升。为了探讨基于土壤碳收支平衡来调整农牧规模的方法,该研究选取位于松嫩平原腹地的齐齐哈尔市作为研究对象,核算齐齐哈尔市各县域土壤碳收支状况,以土壤碳排放和碳输入相平衡为目标,通过多目标线性规划方法构建齐齐哈尔市的农牧业碳平衡农业模式。结果表明,各县域主要调整方案为种植业需要减少水稻种植面积,增加玉米的种植面积,养殖业需要增加奶牛养殖规模。调整后种植业和养殖业的废弃物得到全量化利用后,农田土壤碳库不再下降。县域尺度农牧规模需因地制宜的调整,以土壤碳亏损较大的讷河县为例,在保证碳输入及农业经济收益的基础上,增加46%的玉米种植面积,减少63%的黄牛养殖规模,增加85%的奶牛,54%的生猪,76%的羊及71%的家禽养殖规模,可保持土壤碳平衡。种植业和养殖业规模调整后的有机物料还田可替代33%~49%的化肥氮投入,除克东县和克山县的玉米种植外,3种主栽作物的土壤氮承载力均呈现上升趋势。研究提出农业“碳平衡”发展模式,可为黑土区农业-牧业发展实现农业资源的高效利用和中国“双碳”战略提供科学依据。

“五结合”生态温室生命周期评价及比较分析

[目的]通过“五结合”生态温室生命周期评价及比较分析,发现各类温室潜在的环境影响及其关键要素,探索各模式改进提升的重点及未来发展方向。[方法]应用生命周期评价方法,将“五结合”生态温室与国内典型地区节能日光温室和国外同类模式进行环境综合评价,在此基础上分析“五结合”生态温室替代常规模式的可能性。[结果]较节能日光温室,生态温室单位产品的能源消耗、水资源消耗、气候变化、潜在的环境酸化、富营养化、人体、水体和土壤毒性分别降低了27%,64%,27%,32%,43%,97%,99%和99%,综合环境指数降低98.6%,环境效益大幅度提升。与国外同类模式相比,由于充分利用太阳能,中国常规模式在降低能源消耗和温室气体减排方面优势明显,其他各项环境指数与国外相比还存在较大差距,但“五结合”生态温室各项指数全面优于或接近国外同类模式。[结论]以“五结合”生态温室为代表的生态模式能够解决国内外温室发展面临的众多瓶颈问题,具有极大的发展潜力和应用价值。

种养系统可持续发展指数的空间格局及其演变趋势——以山东省为例

农业生产专业化、集约化背景下,种养分离越发严重,畜禽粪便排放与环境之间矛盾日益突出,农业可持续发展面临重大挑战.本研究以山东省为例,基于1999-2015年种养系统投入产出资料,利用能值的方法,定量分析了山东省域及市域种养系统可持续发展指数的空间格局及其演变趋势.结果表明:1999-2015年,山东省种养系统的可持续性减弱.可持续发展指数呈极显著下降趋势,2015年较1999年下降了22.0%;净能值产出率和环境负载率均呈极显著增加趋势,单位经济投入获得的利益显著增加,同时种养生产对环境的压力明显加大,这主要与电力、复合肥、农业机械等工业资源投入量的增加密切相关.山东省各地市种养系统可持续发展水平具有差异.大部分地市种养系统的可持续发展指数较高,而沿海地区(威海、烟台)和工业城市(淄博)则较低.同时,各地市种养系统的可持续发展态势也具有差异.鲁中和鲁南地区可持续性逐年减弱,鲁北地区可持续性逐年增强.以2015年为本底数据进行情景分析,发现种养高度结合(100%粪便有机肥替代化肥)情景的可持续发展指数可达8.4,是种养结合现状(30%粪便有机肥替代化肥)的2.6倍.