Multiple pollutants from crop and livestock production in the Yangtze River: status and challenges

The rapid increase in the proportion of cash crops and livestock production in the Yangtze River Basin has led to commensurate increases in fertilizer and pesticide inputs. Excessive application of chemical fertilizer, organophosphorus pesticides and inappropriate disposal of agricultural waste induced water pollution and potentially threaten Agriculture Green Development(AGD). To ensure food security and the food supply capacity of the Yangtze River Basin, it is important to balance green and development, while ensuring the quality of water bodies. Multiple pollutants affect the transfer, adsorption, photolysis and degradation of each other throughout the soil-plant-water system. This paper considers the impact of multi-pollutants on the nitrogen and phosphorus cycles especially for crops, which are related to achieving food security and AGD. It presents prospective on theory, modeling and multi-pollutant control in the Yangtze River Basin for AGD that are of potential value for other developing regions.

气候变化背景下赣江流域复合高温干旱事件时空演变特征

【目的】在气候变化背景下,全球多区域复合高温干旱事件频率与强度呈现增加趋势。系统揭示赣江流域复合高温干旱事件的时空演变特征,为灾害风险防范提供参考。【方法】采用1961—2021年的日最高温度和表层土壤含水量数据,评估赣江流域热浪、农业干旱和复合高温干旱事件的时空变化趋势,对比分析复合高温干旱事件与单独极端事件的特征差异。【结果】结果表明:赣江流域农业干旱事件频次呈下降趋势(-0.027场/10 a),热浪事件及复合高温干旱事件的频次呈上升趋势(0.084场/10 a、0.013场/10 a)。与1961—2000年相比,2001—2021年赣江流域农业干旱的发生频率在北部大部分区域有所下降,南部地区大部分区域有所增加;热浪事件的发生频率在全流域均呈增加趋势;复合高温干旱的发生频率在东北部有所下降,南部显著上升。与单独热浪事件和单独农业干旱事件相比,复合高温干旱下的热浪事件历时和烈度分别增加16.87%和26.25%,农业干旱事件历时和烈度分别增加10.65%和26.86%。【结论】赣江流域南部地区复合高温干旱事件发生频率显著增加;相比于单独的极端事件,复合高温干旱事件的危险性有所增强,未来应加强该区域的复合高温干旱风险防范能力。

长江流域农业绿色发展水平评价与时空差异分析

对长江流域农业绿色发展水平进行评价与影响因素分析,能促进长江流域农业绿色高质量发展。基于2006—2020年长江流域19个省份的面板数据,从绿色生产、绿色生态、经济效益、生活水平四个维度构建了农业绿色发展水平评价指标体系;并通过熵权法对各省份农业绿色发展水平进行测度;最后应用区域差异分析法、空间自相关性分析对区域内与区域间的时空发展差异、关联度进行探讨。结果表明:(1)长江流域农业绿色发展水平整体呈现出稳步上升趋势,干流发展趋势优于支流。(2)长江流域农业绿色发展水平区域差异呈现出波动扩大的变化趋势。(3)长江流域各省份农业绿色发展水平显示出空间聚集效应,其中上海、江苏、浙江是高—高聚集模式,重庆、贵州、广西是低—低聚集模式。因此,要提高长江流域农业绿色发展水平,各省份应制定个性化政策、重视并补齐发展短板、加强区域间辐射效应。

长江流域农田生态排水沟渠氮削减效应研究

为研究长江流域农田生态排水沟渠对总氮(TN)的削减效果,本研究收集长江流域生态排水沟渠的639项野外现场试验数据,通过Mann-Whitney U检验和K-W检验方法探究了不同植被类型、沟渠类型、强化措施类型、温度范围和进水浓度范围等因子对生态排水沟渠TN削减效率的影响。结果表明:在农田生态排水沟渠中,不同植被类型中的多种人工植被对TN削减效果最好,平均削减效率为47.72%;沟渠类型为边坡半衬砌(沟壁材质为部分混凝土,沟底材质为全土)对TN去除效果最佳,其平均削减率为58.18%;强化措施类型中,添加基质类和设置拦截类强化措施的生态排水沟渠对TN削减效果最好,其平均削减效率为54.24%;气温处于>25~35℃时生态排水沟渠TN削减效果更有效,而在低温环境下可以通过种植耐寒植物(绿狐尾藻、黑麦草等)提高削减率;沟渠进口TN浓度多数集中在>2~4 mg·L^(-1)之间,沟渠出口TN浓度主要分布在0~2 mg·L^(-1)之间,TN进口浓度为>2~4 mg·L^(-1)时沟渠TN削减效果最佳;不同浓度条件下,沟渠选择种植多种人工植被,对沟壁进行半衬砌,设有强化措施都能有效提高TN的净化效果;TN削减效率与水力停留时间、沟渠长度、水深呈现正相关;在多种因素最优的情形下,TN表面去除负荷随着TN进口浓度增大而增大。研究表明,长江流域农田生态排水沟渠选择多种人工挑选的植被、沟渠类型选择边坡半衬砌、同时添加基质类和设置拦截类强化措施更能有效地削减TN,并且控制气温在>25~35℃和进口浓度为>2~4 mg·L^(-1)来削减TN,另外延长沟渠长度和控制水体的水深、水力停留时间可更好地削减TN。

2022年长江流域农业干旱发展过程及气象成因

2022年长江流域发生了大面积的干旱,此次干旱涉及范围广,持续时间长,对于农业、生态等方面都造成了较大影响。降水量相比同期减少,气温增加,导致土壤含水量降低,农业干旱同步发生。复演长江流域此次农业干旱的发展过程,探寻其气象成因,对于完善干旱发生机理的认识,实现干旱的有效应对具有重要意义。研究基于ERA5数据,对比2022年土壤含水量与多年同期均值,从时空维度揭示了2022年农业干旱的主要土壤含水量特征;采用标准化土壤湿度指数值,通过与往期干旱事件对比,阐明此次农业干旱的严重性;最后,从大气环流角度与外强迫场海温角度,分析了此次干旱的气象成因。分析表明,2022年,6-9月全流域的农业干旱程度分别为:无旱、极旱、极旱、极旱。流域遭受长达3个月的农业极端干旱,其中依据数值判断,8月干旱程度最深。就干旱气象成因而言,西太副高2022年6-9月较往年同期影响面积增大、强度增强,且西太副高位置异常偏西,近乎包括流域整个范围,导致流域整体处于单纯西太副高控制之下;同时,长江流域夏季降水与前一年秋冬季大西洋北部、太平洋北部的海温,以及同年春夏季太平洋东部、大西洋及印度洋海温关系较为密切,高相关性时段内的海温与往期均值存在差异性,引起相关干旱。

农业绿色全要素生产率的时空分异研究——以长江经济带与黄河流域为例

基于SBM-Malmquist指数法测算2011—2021年长江经济带与黄河流域农业绿色全要素生产率及其分解指数,并运用ESDA模型分析其空间分布特征。结果表明,长江经济带与黄河流域农业绿色全要素生产率整体呈上升的趋势,且区域差异性逐渐缩小,东部地区省份农业绿色全要素生产率增速较快;在农业投入和产出指标方面均存在不同程度的松弛,劳动力投入和机械动力投入的松弛情况尤为严重,产出不足并非部分省份农业绿色全要素生产率低下的主要原因;空间相关性不显著,不存在明显的集聚或分散模式;重心虽发生局部迁移,但总体相对稳定,黄河流域农业绿色全要素生产率重心逐渐由中游向上、下游转移,而长江经济带农业绿色全要素生产率重心逐渐向下游转移。

农业面源污染治理效果监测与评价_以铜陵市义安区为例

农业面源污染治理效果监测与评价对于衡量农业面源污染治理效果具有重要意义。针对安徽省铜陵市义安区农业面源污染治理项目,按照“污染源—输送途径—受纳水域”的监测思路,确定了各治理工程的监测点位、频次和指标,采用单因子评价法及综合污染指数法分析和评价了各项治理工程的实施效果。结果表明,总氮(TN)为导致研究区农田面源污染的主要污染物,在治理工程建设前的平均超标倍数(Ⅲ类水体标准)达到了1.58倍。治理工程建设完成后,各污染物的浓度削减幅度排序为铵态氮(NH_(4)^(+)-N)>TN>化学需氧量(COD)>总磷(TP)。在畜禽养殖污染治理工程中,各工艺的污染物去除效果排序为厌氧还田工艺>异位发酵工艺>氧化塘工艺。厌氧还田工艺和异位发酵工艺的治理后污染物去除率均高于治理前,氧化塘工艺反之。其中:厌氧还田、异位发酵、氧化塘3种工艺的COD综合去除率分别为44.43%、20.91%、33.70%;厌氧还田工艺的NH_(4)^(+)-N综合去除率最高,为69.66%;异位发酵工艺对应的去除率最高的污染因子为悬浮物(SS),去除率为55.44%;氧化塘工艺的TP综合去除率最高,为74.72%。水产养殖污染治理工程采用的是“三池两坝”工艺,对应的各污染物的去除率排序为TP>TN>SS。基于熵权综合污染指数的农业面源污染状况评价结果显示,项目区在实施农业面源污染治理工程前处于污染状态,在实施农业面源污染治理工程后达到合格状态。研究结果可为长江流域农业面源污染治理效果监测与评价提供参考。

长江流域农业区非点源氮的平衡变化及其区域性差异

建立长江流域农业区氮平衡变化模型,并在该模型的基础上,计算长江流域各县1990和2000年的氮平衡变化,然后汇总出全流域氮的输入、输出及剩余量.计算结果显示,全流域农业区1990年氮的输入量为7.65×106t/a,输出量为4.23×106t/a,剩余量为3.42×106t/a(其中进入水体2.05×106t/a,残留在土壤中1.37×106t/a);2000年全流域农业区氮的输入量为10.22×106t/a,输出量为5.44×106t/a,剩余量为4.78×106t/a(其中进入水体2.65×106t/a,残留在土壤中2.13×106t/a);1990—2000年长江流域农业区氮输入量增加2.57×106t/a,氮输出量增加1.21×106t/a,剩余量增加1.36×106t/a(其中进入水体氮变化量为0.60×106t/a,残留在土壤中氮变化量为0.76×106t/a).重庆、上海、武汉、无锡、南昌、成都等地区氮进入水体的量变化较大,为今后长江流域农业区水体氮污染重点防治区.

长江流域近50 a≥0℃积温变化特征及农业适应对策

利用1961—2010年长江流域659个气象观测站日平均气温资料,运用线性倾向估计和GIS空间分析等方法,对近50 a长江流域≥0℃积温及其持续天数和起止日期的时空分布特征进行分析。结果表明,近50 a来长江流域年平均气温呈现缓慢上升趋势,倾向率达0.18℃·d·(10 a)-1,这一变化幅度低于中国同期的增温速率。长江全流域≥0℃积温平均值为5 496.77℃·d,倾向率为69.92℃·d·(10 a)-1,其中中游≥0℃积温的50 a均值最高,上游最低。持续天数多年平均值为342.25 d,倾向率为2.51 d·(10 a)-1。其中,中游的持续天数多年均值最高,达350.55 d。而倾向率则以下游为最高,达3.73 d·(10 a)-1。50 a间长江流域的≥0℃初日提前,≥0℃终日推后,持续天数的逐年稳步增加主要与流域≥0℃初日明显提前有关。积温年代际变化呈现明显的V字型特征,从20世纪90年代起积温明显增加。而初终日间天数则随年代际呈现持续增加趋势,其中以1970—1990年代间的增幅为最大。空间分布呈现由西北向东南逐渐增加的趋势。存在2个明显的高值区,一个位于西部的四川盆地,另一个位于流域的东南部,包括湖南省南部和江西省东南部地区。干流通天河流域则是流域内积温最低的区域。各积温等值线均随年代际缓慢西移,6 000℃·d等值线除西移外,在1990年代出现明显的北移特征。与1960年代相比,2000年代除四川小部分地区外,流域内其他地区均呈现积温增加的态势。随着热量资源的增加,需要针对流域内的作物品种、轮作方式等做出调整,避免热量资源的大量浪费以及热量资源增加对农作物生长发育造成的危害。

长江流域的人口迁移、农业开发及土地利用方式

长江流域的农业开发经历了4个阶段(地广人稀的粗放型垦殖阶段-跨流域移民对平原地区的集中开发阶段-流域内移民对丘陵山区的过度开发阶段-巨大人口压力下的农业发展停滞阶段)。在此过程中,种植杂粮和经济作物、改进耕作形式和发展生态农业等土地利用方式为缓解由人口增长造成的耕地不足、粮食短缺等问题起到了积极作用。长江流域土地利用的发展趋势表明,调整农业开发模式、优化农业内部结构将成为农业实现可持续发展的主要途径。在当前农业发展几近停滞的形势下,长江流域土地利用方式的转变也为全国农业发展提供了重要经验。

应用遥感、GIS对稻田生态系统健康程度的监测评价研究--以长江下游平原为例

稻田生态系统是在一定时间和地区内由作物、动物、微生物和环境因素共同构成的农业生产体系,具有时空动态性,受人工调控性和环境影响很大。由于稻谷是我国最主要的粮食作物,因此稻田生态系统健康程度直接关系着稻谷产出水平和国家粮食安全。开展我国稻田生态系统健康程度的动态监测,具有十分重要的现实意义。该研究利用遥感、GIS技术快速获取和分析区域尺度范围内的地表时空信息数据的优势,建立一套能够客观全面地监测评价稻田生态系统运行状态的指标体系和评价方法。该方法主要是根据稻田生态系统的构成要素,分别建立作物长势指数(CGI)、稻田环境指数(EI)、病虫害指数(PIDI)三个指数表征这些要素。最后,确定各个指数的权重,建立生态系统健康程度综合指数(EHDCI),客观、全面地反映稻田生态系统的健康状况。这里,作物长势指数指示作物长势,通过EVI归一化计算得到。稻田环境指数分为温度指数(TI)和降水指数(PI)分别指代水、热条件对生态系统的胁迫。病虫害指数主要通过官方农业网站发布的病虫害信息确定得到。本文以长江下游平原稻田为例,对孕穗期、抽穗期、黄熟期等水稻生长关键期的稻田生态系统运行状态进行监测评价。结果表明,2006年长江下游平原稻田生态系统总体运行状态较好,孕穗期和抽穗开花期表现正常,其中安徽最好,健康程度高于正常水平,江苏部分地区在黄熟期健康程度较差。结合2006年各地区的稻谷产出水平,这一监测评价方法能客观地反映长江下游平原稻田生态系统总体运行趋势,可为有关部门采取相应政策措施,以确保稻田生产稳定发展,提供重要的科学依据。

长江流域水稻-油菜轮作体系氮肥增产增效综合调控

长江流域是我国水稻、油菜主要产区,水稻-油菜轮作是主要种植模式。施肥是维持和提升轮作系统生产力的物质基础,肥料尤其是氮肥的施用对提高产量起着至关重要的作用,但过量或不合理施用不仅造成作物抗逆能力弱、氮肥利用率低、品质和经济效益差,而且导致养分在环境中累积,影响大气、水体质量和人畜健康。本文针对长江流域水稻-油菜轮作体系耕层土壤碳氮含量低,氮肥用量高、损失严重、氮肥利用率低的问题,通过水稻-油菜轮作体系周年养分运筹、土壤碳氮协同调控、缓/控释肥料施用对氮损失的阻控、施肥方法的改进、高产高效栽培等技术协同优化建立综合调控模式,以期为长江流域水稻-油菜轮作体系氮肥增产增效提供理论与技术支撑。

农机服务与农户稻作制度选择研究——基于要素替代与收入效应视角的分析

长江流域稻作区农户稻作制度选择的演变关系到地区粮食安全。从要素替代程度与收入效应的视角，分析农机服务对农户单双季水稻生产的影响。研究结果表明，2004～2010年，农机服务对单、双季稻种植户劳动投入的要素替代现象客观存在，但两者的边际技术替代率均呈“倒U型”变化，反映出未来长江流域湖南、湖北、江西、安徽4省水稻生产中，继续追加农机服务替代劳动投入难度的不断增加。农机服务对水稻种植户的收入效应主要影响家庭总收入，而对稻作净收益影响为负。样本研究期内，由于双季稻生产的劳动力约束和村庄季节性用工短缺难以有效解决，农机服务的发展不能提高农户的水稻复种指数，单一依托发展农机服务无法有效激励农户选择双季稻。

长江流域可持续农业发展管理机制研究

文章首先阐述了建立可持续农业发展管理机制的必要性与原则 ,在分析长江流域可持续农业发展面临的问题及其原因的基础上 。

长江流域发展集流灌溉农业前景分析

集流灌溉农业是“八五”末期在我国西北干旱、半干旱地区迅速兴起的农业灌溉方式，对该区增产粮食起到积极推动作用。长江流域近年来经济增长迅速，而粮食产量增长缓慢，供需矛盾日渐突出。流域内山丘地区的耕地占总耕地面积的６２％，而粮食产量仅占４９％，具有较大的增产潜力，由于发展引水灌溉困难，大都还保持着旱作生产，受气候影响较大，粮食产量低而不稳，且易引发水土流失和旱涝灾害。流域内降雨资源丰富，具有发展集流灌溉农业的得天独厚优势，集流灌溉技术的实施，不仅有利于防治和减少水土流失，而且有利于挖掘粮食生产潜力，实现稳产、高产，必将为流域内粮食增长做出贡献。

长江流域三省“稻鳅共作”模式可行性探究

城乡居民生活水平的进一步提高,促使大众对食品安全更加关注。稻鳅共作是一种新颖的稻田综合利用创新模式,契合消费者对绿色食品的需求,也符合当前我国农业现代化的发展方向。所谓稻鳅共作,就是在宜鱼稻田里同时进行中水稻栽培和泥鳅养殖,两者互利共生,实现一田多收、保粮促渔的立体生态模式农业。产出的稻谷和泥鳅绿色安全,营养丰富,口感好,受到广大消费者青睐。基于理论层面、技术层面、经济效益层面、社会需求层面对我国长江流域三省稻鳅共作模式展开可行性探究,以便全面推广稻鳅共作模式,更好地促进农业供给侧结构性改革,把稻鳅模式打造成长江流域地域特色产业,促进农业高质量发展。

长江流域农业生态研究现状与展望

长江流域农业生态研究现状与展望徐琪（中国科学院南京土壤研究所，２１０００８）ＣｕｒｒｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＡｇｒｏ－ｅｃｏｓｙｓｔｅｍＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ．￥ＸｕＱｉ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＡｃａｄｅｍｉａＳｉｎｉｃａ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００８）．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｃｏｌｏｇｒ，１９９３，１２（２）：２５－２６．Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆａｇｒｏ－ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｂａｓｉｎａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｇｒｏｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ．１土地资源概况长江流域既是古老农业地区，也具有丰富的土地资源类型，为大农业发展提供了广阔的前景。在生态农业建设中典型甚多。

黄河流域与长江经济带农业水资源利用效率与影响因素的差异性研究

[目的]探查黄河流域与长江经济带农业水资源利用效率与影响因素间的差异性特征,为有效提升两地农业用水效率与农业可持续发展决策提供科学依据。[方法]基于2009—2019年黄河流域与长江经济带19省市的面板数据,利用超效率SBM模型,并结合Malmquist指数、核密度估计、标准差椭圆、Tobit回归等方法对其差异性进行分析。[结果](1)农业水资源利用效率均呈整体上升趋势,黄河流域各年效率值波动幅度较大,内部差异明显,其效率重心于山西省与陕西省边界摆动;而长江经济带各年起伏较缓,其效率重心呈现向西南部迁移趋势,年均效率值略高于黄河流域。(2)技术进步均是引起农业水资源利用效率变动的主要原因,2009—2019年黄河流域技术进步指数略高于长江经济带。(3)影响两地农业用水效率增长的因素差异较大,其原因与其所处的自然地理环境与经济发展水平有较大联系。[结论]黄河流域与长江经济带农业水资源利用效率整体良好,但区域差异性较大。因此,要因地制宜采取针对性措施,并从科技投入、政府引导与农民参与等多个维度推动两地农业用水效率的提升与持续优化,实现流域农业的可持续发展。

长江流域2022年高温干旱事件演变及历史对比

本文基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析数据集ERA5,定义了两类复合高温干旱事件(即气象干旱或农业干旱与高温同时发生的事件),对长江流域2022年春夏复合高温干旱事件演变过程进行了分析,评估了其持续时间及覆盖面积等特征及变化规律。研究结果表明,长江流域2022年复合高温干旱事件时间上自6月开始,8月最严重,9月有所缓解,空间上由中下游开始,然后扩大到全流域,9月又缩小至中下游地区;与流域历史典型事件相比,2022年夏季复合高温干旱事件的各特征值均为最大;1979—2022年期间,两类复合高温干旱事件7—8月份的特征值呈现显著增加趋势。本文结果可加深对流域复合高温干旱事件的认识,对于应对气候变暖背景下的极端事件具有重要意义。

促进长江流域灌溉发展 保障流域粮食安全

长江流域是我国重要农业生产区,为稳定和提高流域的粮食生产能力,保证未来流域内的粮食安全,流域灌溉规划至关重要。对照长江流域两次灌溉规划产生的历史背景和规划目标,分析了流域的灌溉现状及存在问题。从稳定和提高流域粮食生产出发,以国家粮食发展纲要为目标,依据流域内不同地区的实际情况,提出了发展流域灌溉的思路和目标,以及完成规划目标应采取的相应措施。规划目标实现后,将有效保障长江流域的粮食安全,并促进经济社会的和谐发展。