再论中国磷肥需求预测——基于农业绿色发展视角

磷肥产业发展关乎我国粮食安全、资源利用和环境保护。近40年来由于化学磷肥的持续施用,我国农田土壤有效磷快速提升,在这一背景下基于农业绿色发展的要求,调整未来我国磷肥的需求预测十分必要。本文综合分析了我国农田土壤有效磷的变化,明确了在粮食作物上我国农田土壤有效磷平均已经达到或超出了作物生产的农学阈值(15~25mg·kg^(–1)),在蔬菜和果树等经济作物上土壤有效磷已经全面超过农学阈值。农业绿色发展要求在保障作物高产的同时,要充分发挥作物的根系/根际生物学潜力以提高磷资源利用效率、同时改善农产品营养品质和降低环境风险,为此,应将磷肥施用策略从培肥地力保增长调整到以农学阈值为目标的维持施磷保增产、升效率、提品质。同时,农业绿色发展需要从工艺和农艺两方面最大限度提高农业废弃物中磷资源的再利用效率。据此,考虑我国粮食和其他农产品需求,继2007年基于土壤磷肥力变化预测我国磷肥需求的基础上,本文对我国未来农业磷肥需求进行了再预测。结果表明,到2030和2050年,我国化学磷肥的需求量分别为1084万吨和742万吨。因此,在各项措施持续优化基础上,我国化肥磷的需求在短期(2030)可望下降150万吨左右,中长期(2050)可稳定回调至年消费量750万吨,较当前用量下调30%以上。

我国农业全产业链绿色发展路径与对策研究

农业全产业链绿色发展既是提升农产品竞争力、促进农业产业增值的重要途径,又是提高资源利用效率、保障经济永续发展的必然选择。本文基于农业全产业链、农业绿色发展的理论认知,界定了农业全产业链绿色发展的内涵与特征,深入剖析了我国农业全产业链的发展现状、重大挑战、可行路径。研究发现,农业全产业链绿色转型的关键痛点在于系统设计不足、产业链条短、中小型生产经营主体融入难度大、资源利用效率低、增值效应不突出、生态协同困难;农业产业全链条的绿色转型升级与政策保障是促进全产业链价值提升的关键,内部循环融合、横向延伸拓展、纵向要素融合、产业跨越融合是农业全产业链绿色发展的实践路径。为此建议,进一步从加强顶层设计,推进创新驱动、拓展生态优势、完善监管服务、探索利益联结机制等角度精准施策,完善全产业系统布局、优化产品价值转化体系,助推我国农业全产业链融合绿色发展。

土壤健康与农业绿色发展:机遇与对策

农业绿色发展是农业现代化的必由之路,土壤健康是农业绿色发展的基石。本文系统总结了国内外有关土壤健康的内涵、研究进展和发展趋势,探讨了提升土壤健康的途径和对策,并对我国未来健康土壤培育工程提出了建议和展望。健康土壤培育的核心是消除土壤障碍因子,深入挖掘土壤生物学潜力,增碳提高资源效率,强化生物学过程,协同地上和地下生物互作。通过优化土壤内部调节过程,最小化外部的投入,以实现土壤生产功能和其他生态服务的同步提升。健康土壤的培育是一个系统工程,需要对投入品-生产过程-产品品质-产品加工-废弃物循环等全产业链进行系统综合考虑,多学科交叉创新,政产学研用一体化联合攻关,同时还需要政策保障和激励措施,需要全社会行动起来。

湿法磷酸副产渣酸和萃余酸研究进展与展望

中国磷化工企业渣酸、萃余酸产量日益提高,但受限于渣酸和萃余酸杂质(阴离子、阳离子)含量高及萃余酸黏度大等因素,使其利用率存在一定的上限,实现渣酸和萃余酸的高效、增量利用已成为磷化工产业健康发展面临的迫切难题。介绍了渣酸、萃余酸的来源及主要性质;全面阐述了萃余酸净化的研究进展,归纳总结了现有的净化方法,主要包括络合净化法、酸碱调节法、膜过滤法等;梳理了渣酸和萃余酸综合利用研究及应用进展:利用渣酸和萃余酸制备精细磷化工产品、制备农用肥料产品及在其他化工领域中的应用。并对未来渣酸和萃余酸高效利用应关注的研究方向和内容进行了展望。以期为提高渣酸和萃余酸等副产资源利用率、推动肥料产业转型升级和绿色发展提供参考。

地膜对农业生产的影响及其污染控制

地膜覆盖具有显著的农业生产效益,可以增温保墒,防虫抑草,扩大作物种植适宜区,从而提高农作物产量和品质,因此在世界范围内尤其是在干旱半干旱地区农田中得到广泛应用。然而,塑料地膜降解速率极其缓慢,加上中国地膜回收工作的开展较为落后,导致大量的塑料碎片残留在农田中,从而造成土壤环境的残膜及微塑料污染。本文基于文献资料、调研和统计数据,就地膜对中国农业生产的影响及其污染防控进行了分析。残膜及微塑料污染会改变土壤理化性质,限制土壤水分和养分运移,并对土壤动植物的生长、发育和繁殖产生危害,改变土壤微生物的丰度和群落结构,损害土壤健康,长此以往会造成作物产量和品质下降,甚至威胁到粮食安全。微塑料存在被植物吸收的可能性,从而通过食物链进入人体,对人体健康产生威胁。此外,微塑料巨大的比表面积使其极容易通过吸附作用成为其他污染物(重金属、农药和抗生素等)的载体,增加污染物的转移富集风险,从而造成土壤生态环境复合污染。中国地膜生产、使用相关标准正在逐步完善,但同发达国家和地区相比仍有一定的差距。中国尚未形成完善可持续的地膜回收体系,农田土壤中的微塑料污染研究仍不够充分,同时针对残膜及微塑料污染防控的政策和法规也有待于进一步完善。因此应进一步借鉴发达国家和地区的经验,结合中国实际情况,因地制宜制定地膜生产、回收相关标准以及残膜和微塑料污染防治的政策法规。

中低产田评价指标与主要方法研究进展

我国中低产田分布广泛,产能提升潜力巨大,提高中低产田产能对于保障粮食安全、实现联合国可持续发展目标具有重要意义。明确中低产田的质量等级、面积与空间分布,开展中低产田评价相关研究是改造中低产田的前提和基础。本文系统梳理了中低产田评价发展历程、划分标准和主要评价方法,在此基础上探讨了我国中低产田评价的主要不足和发展趋势。现有的中低产田概念以中低产田数量和质量评价为主、对生态功能和可持续发展能力相关研究仍较少,耕地指标体系与评价方法尚不统一,中低产田的时空变化情况尚不清楚。未来中低产田评价相关研究可围绕“数量、质量和生态”三个方面注重中低产田动态变化过程和生产的可持续性,开展多尺度中低产田评价指标体系构建、多源数据融合、创新中低产田评价方法、时空变化分析等相关研究,实现不同尺度上的中低产田动态变化分析,探索绿色高产高效的耕地产能提升路径,保障粮食安全、促进可持续发展目标的实现。

基于农业生产需求的硼肥产品创新思路

作物硼缺乏到产生硼毒之间的浓度范围相对较窄,且大多数作物生长后期需硼较多。硼在高降雨、砂性土壤条件下易发生淋洗损失,而目前市场上存在的主要硼肥产品具有高溶解性、对作物易产生毒害,或养分释放特性不能满足作物生育期需求,因此,需要构建适宜于气候-土壤-作物系统需求的创新型硼肥产品。以澳大利亚研究的硼肥产品为例,通过"物质合成及其验证—物质基本特性探究—作物苗期毒性评价—作物生长效果试验—工业化生产与应用"硼肥创新链条的构建,实现了高效安全硼肥产品的创新设计与生产应用,为硼肥及其他中微量营养元素肥料创新提供思路。

考虑微生物要素的土壤质量综合评价——以北京市平谷区为例

为探讨北京市平谷区土壤质量现状,本研究在传统的土壤质量综合评价体系基础上考虑了微生物要素,基于实地网格土壤采样的228个样本,从土壤肥力、土壤环境、土壤微生物3个维度选取11项土壤指标,采用土壤质量指数法定量分析各指标并计算土壤质量指数,综合评价北京市平谷区的土壤质量。结果表明:平谷区土壤质量综合指数(ISQI)在良好到优等范围内(0.60~0.96),平均值为0.74,平均土壤质量综合评价等级为良好。空间分布上整体呈现南低北高、西低东高的特征,北部熊儿寨乡、黄松峪乡及东部金梅湖镇等地区多为山地或林地,植被丰富,人为活动强度弱,土壤肥力水平高且微生物较为丰富,土壤质量综合评价等级相对较高;而西南部马坊镇、马昌营镇等地区土壤肥力水平低,微生物数量较少,综合质量评价等级相对较低。熊儿寨乡的ISQI最高,为0.81;平谷镇的ISQI最低,为0.64。平谷区不同土地利用类型ISQI排序为果园>林地>荒地>菜地>农田。研究表明,北京市平谷区土壤质量综合评价等级为良好,但空间差异明显,东北部多为山地和林地,综合评价等级为优等,中部及西南部多为农田菜地,综合评价等级为良好和中等,未来应注重科学施肥和土壤质量管理。

基于多评估方法的县域镉污染风险管控研究

为支撑区域尺度重金属镉(Cd)污染农田的分区管理决策,以湖南省某典型粮食大县为案例,通过区域网格采集土壤和水稻样品,分析县域Cd污染空间分布特征,结合单因子评价、地累积指数法和人体健康风险法,评估该县Cd污染风险。结果表明:不同评价方法对Cd污染风险区划分差异较大。单因子指数法显示该县仅有5.9%的区域存在污染风险,地累积指数法显示该县29.2%的区域存在污染风险,主要分布于中东部。而健康风险评估法显示全县分别有90.0%和82.7%的区域对儿童和成人存在Cd污染风险,风险面积最大,主要位于该县中东部和南部区域。情景分析显示,土壤酸化改良是降低酸性中轻度Cd污染农田风险的有效措施,酸化改良可减少22.0%-37.8%的风险区域。研究表明,在南方酸性土壤地区,应强化以人体健康为导向的区域Cd污染风险管理方案,并结合酸化农田改良降低中轻度Cd污染地区的污染风险,促进Cd污染农田安全利用。

手机短信技术服务对小麦绿色生产技术应用的影响

为解决知识信息缺乏对小麦绿色生产技术应用的限制,探索基于手机短信的新型农业技术服务方式对小农户绿色生产技术应用的影响,在充分了解地区生产现状的基础上,结合已有研究形成了小麦全生育期绿色技术规程,并将针对知识制约的关键技术环节编辑成10条农业短信,根据农户地块土壤、苗情、病虫草害诊断结果,于2017-2019年对山东省滨州市阳信县的55户农户进行为期两年的针对性技术服务,在每个生育时期田间操作管理前的3~15 d发送技术指导短信,并以入户调研和田间调查的方式评价了农户短信查收情况、田间管理情况及产量。结果表明,手机短信服务延续性有助于更好地实现短信技术的传播,短信的收到率从2018年的72.4%增加到2019年的92.2%。短信服务提高了农户绝大多数环节的操作科学性,2018年和2019年查看短信的农户科学管理比例分别为52.6%和62.3%,比未查看短信的农户科学管理比例高5.2%和2.6%,但短信服务不能改变那些受到生产设施制约的操作环节,如播后镇压技术因缺乏镇压工具而无法实施等。操作科学性的提高能显著提高产量,查看所有短信的农户冬小麦产量比不查看短信的农户平均增产11.2%和11.6%。由此说明通过手机短信能够进行农业技术的传播,并且利用手机短信进行农业技术服务的方式能够指导农户进行科学管理,实现冬小麦增产。

驯化对植物微生物组结构和功能影响的研究进展

微生物组在植物的养分获取、健康生长过程中发挥重要作用。植物驯化对微生物组的结构和功能产生了不可忽视的影响,但是其机制仍缺少系统性梳理总结。为此,综述了驯化过程中,植物的类型和基因型、根外代谢产物、土壤生境的改变对微生物组的影响。通过多向比较归纳发现,在驯化过程中:(1)对微生物多样性影响显著。大多数植物微生物多样性随驯化过程下降;野生植物可招募更多有益于抵抗病原菌的微生物群落;植物种类和基因型的改变影响了根际微生物组成及其与植物的共生关系。(2)根外代谢产物的改变影响了微生物的养分吸收,驯化降低了植物的化学防御功能。(3)相对于农田等栽培土壤,原生土壤生境具有更多样和独特的微生物组成。综上所述,植物根际微生物组的改变是驯化过程多因素综合作用的结果。揭示驯化对微生物组功能的影响,恢复驯化过程中可能丢失的植物-微生物的有益联系和性状,可为基于微生物组的植物育种策略提供理论基础。

一株溶杆菌Lysobacter soli RCu6的转录组水平铜抗性机制研究

铜是许多细胞酶所必需的微量元素,然而过量的铜通常对细胞有毒。细菌已经进化出许多铜抗性策略,但其分子机制尚不完全清楚。本研究在农田土壤中分离了一株高度抗铜(对铜的抗性达3.2 mmol∙L^(−1))的细菌菌株RCu6,并利用全基因组和转录组学方法分析研究了其抗铜机制。RCu6菌株的全基因组测序显示该菌株在分类学上属于溶杆菌(Lysobacter soli);与已发现的同种菌株相比,基因组分析显示该菌株具有独特的由多个基因编码的抗铜系统。转录组分析表明在0.8 mmol∙L^(−1)和1.6 mmol∙L^(−1)胁迫下分别有315个和839个基因差异表达;铜稳态、组氨酸代谢、硫代谢和铁硫簇组装途径与RCu6菌的铜抗性相关,表明RCu6抗铜是一个细胞内多系统协同过程。本研究揭示了溶杆菌属菌株铜抗性分子水平的机制,为重金属污染农田土壤修复和利用提供了菌种资源和理论依据。

驯化对谷子-根际微生物互作机制影响的进展与展望

根际微生物可赋予植物新的抗逆性,其群落结构及生态功能的变化也体现了作物对环境变化的适应能力。驯化影响作物的遗传多样性、生理性状及其代谢产物,进而会对根际微生物群落组成与功能产生作用。目前,对于作物驯化的研究多关注植物遗传多样性与植物表型和生理特性之间的相互关联及影响机制,微生物在作物驯化过程中的作用及其与植物互作机制的探索还处于起步阶段。为此,本文首先对驯化过程在禾本科作物根际微生物群落构建中的作用进行了回顾,针对起源于中国的重要旱作C4模式作物谷子,系统总结了谷子的驯化过程及其对谷子生长、生理性状和根际微生物的影响,以及驯化对谷子根际微生物间互作和谷子与微生物互作的作用机制,以期为恢复农田生态系统中的作物-微生物有益关系提供科学依据。

我国大气氨的排放特征、减排技术与政策建议

氨是大气中的碱性活性氮气体,其与酸性前体物反应形成的二次无机气溶胶是PM2.5的重要成分,影响着PM2.5重污染事件的发生.为响应我国在2017年开始实施的总理基金“农业排放状况及强化治理方案”研究目标和2018年《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中提出的氨减排行动计划,开展了全国尤其是京津冀及周边地区农业氨减排工作,助力区域农业资源高效利用及大气污染治理.我国2018年氨排放为9.90×10^6 t,其中京津冀及周边地区“2+26”城市是我国氨排放强度较大的区域(2018年其氨排放量为1.41×10^6 t),这与观测到的大气氨浓度结果相吻合.农业排放是主要的大气氨来源,农业源中畜禽养殖业约占50%,种植业约占30%,但在对城市大气氨来源的解析中发现,贡献较大的是非农业源氨.通过模型模拟氨减排对大气污染物的影响发现,在减排40%的情景下,可削减华北地区大气中50%的硝酸根离子和15%~20%的PM2.5峰值浓度.在整合分析的农业氨减排技术清单中,优化氮肥投入总量是种植业控制氨排放的基础,结合氮肥深施,或通过有机肥、低挥发性氮肥和添加脲酶抑制剂的稳定性氮肥来替换普通氮肥可获得较好的控氨效果;养殖业方面,对猪、鸡、牛等主要畜禽养殖场以低蛋白日粮为基础,通过改善圈舍管理、优化粪尿处理处置、提升有机肥农田施入技术等可实现畜牧养殖的全链条氨减排.结合我国氨排放现状和减排潜力,提出了针对我国的氨减排目标,建议强化大气氨监测并结合溯源技术定量化氨来源,加强重点区域氨减排技术的推广和示范,为打赢蓝天保卫战提供科学理论和技术支撑.

土壤紧实胁迫下根系–土壤的相互作用

[目的]土壤紧实胁迫破坏土体理化性质,阻碍作物根系生长,降低作物产量,是限制农业生产力提高的世界性难题。根系形态结构决定了植物对土壤资源的探索能力及其对胁迫环境的适应性。讨论紧实胁迫下植物根系–土壤的相互作用,综述国内外关于根系通过形态和生理改变等根系生物学潜力的发挥提高对紧实胁迫适应性的研究进展。[主要进展]土壤紧实胁迫增加根系穿透阻力,限制根系对土壤水分和养分的获取。植物根系会从形态和解剖结构方面对土壤紧实胁迫做出一系列适应性改变,充分利用土壤中的孔隙拓展生长空间。此外,根系也会对紧实胁迫做出生理响应,通过大量释放分泌物,影响根际土壤微结构,改变根土界面微域环境,降低根系生长的机械阻力。[展望]土壤紧实胁迫作为产量限制因素被长期忽视。通过发挥根系自身的生物学潜力,提高根系在紧实土壤中的适应性,对于最大限度地保证其在紧实胁迫下的正常生长非常关键,作为应对土壤紧实胁迫的有效策略具有重要的现实意义。未来的研究方向与重点包括:揭示紧实胁迫下根系分泌物与微生物的“对话机制”,探明紧实胁迫下根系–土壤–微生物的互作关系和作用机制,为发挥根系生物学潜力,强化关键根系/根际性状,塑造健康土壤结构,提高土壤紧实胁迫下的农业生产力提供科学依据。

国外含镁大量元素肥料产品现状分析

对14家世界知名大型肥料企业的869组大量元素肥料产品信息数据分析表明,国外重视镁在大量元素肥料产品中的添加,含镁大量元素肥料产品占比为54.7%。在养分含量方面,国外大量元素肥料中镁养分平均含量为2.4%MgO,且在不同肥料类型、不同适宜作物肥料产品之间,镁养分含量没有明显差异;在养分形态方面,在复混肥、水溶肥和叶面肥中,镁形态以硫酸镁为主,在掺混肥料中,镁形态以硫酸镁+氧化镁共存形式为主;在养分配比方面,氮镁比、钾镁比主要在5~8之间,占比分别为35.8%和29.3%,磷镁比主要在2~5之间,占比为53.9%。分析结果可为我国含镁肥料研发提供参考。

中国各省市区种养业灰水足迹分析与评价

[目的]深入挖掘第二次全国污染源普查成果,科学评价与分析各地区农业源水污染排放现状与环境压力,将有助于区域污染物减排与政策制定。[方法]文章拟核算2017年中国31个省(市、区,不含港澳台)种养业的灰水足迹,构建评价指标体系,选取熵值法和理想点法作为综合评价方法,系统性评价与分析种养业水污染物排放量与产量、产值的协同关系,表征水污染物排放对区域地表水的环境压力。[结果](1)2017年全国种植业和畜禽养殖业灰水足迹分别为4898亿m^(3)和6841亿m^(3),分别呈现“南高北低”和“东高西低”的地理分布特征。(2)畜禽养殖业水污染物排放带来的水环境压力大于种植业,尤其是黄淮海地区。(3)在种植业中,江苏和海南的灰水足迹综合评价结果相对较低;在畜禽养殖业中,河北、西藏、天津和宁夏相对较低。[结论]建议种养业未来以减排增效为核心发展目标,海南优化肥料施用结构与方式、黄淮海地区调控种养业生产规模与方式、长江中下游地区拦截稻田退水污染。该文从水环境保护角度为中国种养业绿色发展提供政策建议。

托管因素、经营特征对粮农农业生产托管决策的影响

为探索托管因素等外部特征及经营特征等内部特征对粮农生产托管决策的影响,运用Logit模型及解释性结构模型,基于11省44县市2060份粮农生产经营数据,对粮农选择农业生产托管的影响因素及不同因素间的关联关系及层级结构进行研究。结果表明:1)耕作面积、种植收入占比、服务价格及示范作用等11个因素均显著影响粮农托管决策,其中,服务认知、示范作用对托管选择有显著正向作用,服务价格则与托管选择负相关,不同经营特征、家庭特征等均在一定程度上显著影响农业生产托管选择;2)分层结果表明,表层因素有4个,包括种植收入占比、服务价格、兼业情况和服务认知,中间间接因素有2个,包括土地耕作便利性和示范作用,深层根源因素有5个,包括耕作面积、经营主体类型、土地细碎化程度、家庭人口数和经济发达程度;3)各因素通过3条路径发生作用,其中,示范作用在提升粮农认知、促进托管决策中至关重要,且以土地特征为主的经营特征作为主要根源和间接驱动因素,可以通过改变要素配置、家庭收益结构及托管成本,优化粮农生产决策。因此,应通过强化标杆示范引领、加大农田基础设施建设、加强市场与政府双调节机制等,提高农户托管认知,规范服务价格,有效促进托管市场的供需匹配与托管模式的可持续发展。

科技小院创新发展:现实需要、功能定位与运行保障机制

科技小院是现代农业发展的创新组织模式,也是推进乡村振兴的重要科技支撑。本文基于宏观和微观层面阐释科技小院产生的现实需要,结合实地调研系统分析其发展演变与功能定位,探讨其运行保障机制与取得的实践成效,提出引导科技小院高质量发展的思路与建议。研究表明,科技小院的产生顺应了微观层面农户对先进农业技术需求增加,以及宏观层面现代农业发展对农业科技进步依赖加大的现实需要,在发展过程中演绎出“自下而上”式农业科技创新、“科普志愿”式农业社会服务和“产教融合”式农业人才培养三重功能,且三重功能定位以科学技术为纽带,形成了激励相容关系。科技小院以高校科研院所为内核,各主体之间形成了不同目标导向的利益联结机制,其中正式制度施加规范约束、服务互动融入社会规范、多方支持构成物质保障,推动科技小院有效运行。科技小院创新了农业技术推广模式、促进了现代农业高质量发展、提高了农民综合素质水平、开创了农业人才培养新模式,取得了显著的综合效益。因此,未来科技小院发展应深入明确功能定位、强化制度约束、加强组织创新和推广经验典型,走错位发展、规范发展、融合发展和共享发展之路。

离子型稀土矿山生态保护修复思路与实践——以赣江流域为例

党的十九大报告提出统筹山水林田湖草系统治理,对我国开展生态文明建设提出了新要求。矿山作为“山水林田湖草”中的重要元素之一,其生态环境质量直接影响山上山下、乃至流域上下游的生境质量。在不同类型的矿山中,稀土矿山由于稀土富存、稀有且产品价值高,是我国重要的战略资源集中地。其中,离子型稀土矿富含我国独有的中重稀土资源,被列为国家保护性开采的特定矿种。但是,由于保护性开采相关制度滞后、无序开采及离子型稀土矿山开采工艺、冶炼技术等特殊性,导致矿山生态环境破坏严重,生态修复治理难度较大。因此在系统梳理离子型稀土矿开采工艺技术及由此产生的环境问题基础上,总结不同修复技术的特点及适用范围,提出面向流域的离子型稀土矿山生态保护修复的思路与建议。以赣江流域为例,总结赣江流域离子型稀土矿山生态保护修复的实践经验,为中国实施基于流域的矿山生态保护修复提供借鉴。