城镇化对我国不同年代农田氮素循环的影响

城镇化对我国不同年代农田氮素循环的影响 城镇化对我国不同年代农田氮素循环的影 响 第32卷第l期 2009年1月 河北农业大学 JOURNALOFAGRICULTURALUNIVERSITYOFHEBEI Vo1.32N0.1 Jan.2009 文章编号:1000—1573(2009lO1—0006—04 城镇化对我国不同年代农田氮素循环的影响 魏静,马林,马文奇,路光,赵路 (河北农业大学资源与环境科学学院,河北保定071001) 摘要:利用调查数据,文献资料和统计数据,采用物质流分析的方法,就城镇化对全国不同年代农田氮素循环的 影响进行了初步探讨.结果表明:在全国这个相对封闭的大系统中,城镇化率与农田养分循环各指标间都存在 显着正相关关系,随着年代的增加,在城镇化发展的同时,单位面积化肥氮投入量越来越高,2005年是1980年 的2.7倍左右;单位面积有机氮投入量2005年是1980年的2倍左右,单位面积总氮投入量2005年是1980年的 2.5倍左右,同时土壤养分的盈余量越来越多,对环境的威胁越来越大. 关键词:城镇化;农田;氮素循环 中图分类号:S158文献标识码:A InfluenceofurbanizationonNcycleoffarmland ofvariousperiodsinChina WEIJing,MALin,MAWen—qi,LUGuang,ZHAOLu (CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,AgriculturalUniversityofHebei,Baodin g071001,China) Abstract:Thisstudypreliminarilyprobedintosomeimpactsofurbanizationthroughsurveydata, literatures,statisticaldataandmaterialflowanalysis.Therelationshipsbetweenurbanizationand regionalnitrogenbalanceinagro— ecosystemwereanalyzedinlightofsurveyonfarmlandofdifferent periodsinChina.Theresultsshowedthatinthisrelativelyclosesystemofthewholecountry,there isasignificantlypositivecorrelationbetweenurbanizationrateandvariousindexesoffarmlandnutri— entcirculation;astimetimepassesandurbanizationcontinues,useoffertilizernitrogenperhector wasbecominghigher,roughly2.7timesthatof1980in2005;useoforganicnitrogenperunitarea wasabout2timesthatof1980in2005,useoftotalnitrogen2.5timesthatof1980in2005while thesurplusamountofsoilnutrientgraduallyincreased. Keywords:urbanization;farmland;Ncycle 改革开放以来,随着居民收入的增长以及城市 化水平的提高,人们的食品消费结构也发生了显着 变化,农村和城镇居民的口粮人均消费量明显减少, 肉类,水产品消费增加….而畜产品的增加则意味 着饲料粮消费量的迅速增长.食品消费结构的显着 变化必然使我国农产品供求格局发生转变,在农业 快速发展的同时,随着国民经济高速增长,城镇化的 推进以及收入水平的提高,对肉类产品,水产品和水 果蔬菜等的食品需求大幅度增加,农业结构也发生 显着变化.在农业总产值中,畜牧业的比重已由 1978年的15%扩大到2003年的32.1%,水产品由 1.6%上升到10.6%,而种植业则由80%下降到 收稿日期:2008—07—02 基金项目:国家自然科学基金项目(30571087);农业部948项目(2006一G60) 作者简介:魏静(1963一),女,河北赵县人,硕士,副教授,研究方向为养分资源管 理.Tel:0312—7528229 通讯作者:马文奇(1963一),男,河北藁城人,博士,教授,研究方向为养分资源管 理.Tel:0312—7528220. 第1期魏静等:城镇化对我国不同年代农田氮素循环的影响7 50.1%.随着收入的增长以及城市化水平的提 高,人均粮食需求量持续增加,而我国耕地面积自 20世纪80年代起呈现缓慢下滑,1999年后由于生 态退耕等原因引起耕地数量迅速减少.因此,提 高肥料施用量成为提高粮食产量的措施之一H], 而畜牧业发展,禽畜粪便的增多,意味着有机肥施用 量的提高.蔬菜,瓜果比例的调整也会影响到农田 养分循环,如一些蔬果种植大县的化肥平均用量已 达1146kgN/hm,有机肥平均施用量也早已超过 了国际公认的上限170kgN/hm,农业结构的变化 进而影响到农田生态系统的养分循环,本研究就全 国不同年代农田养分循环的一些指标进行研究,以 期为解决城镇化过程中农田养分循环的生态环境问 题提供依据. 1研究方法 1.1研究对象 本研究构建了与农田养分循环有关的氮素流动 和去向的基本模式(图1),并以此模式为基本模板, 分别分析了全国不同年代农田单位面积化肥氮投入 量,单位面积有机氮投入量,单位面积总氮投入量 (人畜粪尿,秸杆还田氮量),有机氮占总氮投入量比 例,单位面积土壤养分盈余量. 图1全国农田生态系统氦养分流动模型示意图 Fig.1SchemaicdiagramofNnutrientbalancemodel ofagro-ecosysteminchina 1.2数据来源 化肥和有机肥的施用量和产量数据主要来自中 国农业统计年鉴;其他的一些数据来自不同的统计 资料,文献资料及农户调查].不同年代城镇化 率见表1. 表1不同年代中国城镇化率 Table1TheurbanizationrateindifferentyearsinChina 1.3模型参数的确定 1.3.1化肥和有机肥养分输入肥料投入是养分 投入中的主体部分,1980,1985,1990,1995,2000, 2005年肥料施用量根据中国农业统计资料获得,对 于化肥的投入,无论是投入量还是养分含量都是比 较明确的,但是对于有机肥来说,由于有机肥的种类 比较复杂,而有机肥的投入主要包括人粪尿,禽畜粪 尿,秸秆等,所以从文献资料中获得各种有机肥和秸 秆的养分含量,另作物的秸秆籽粒比也从文献资料 中获得(表2,3,4). 表2不同有机肥的氮养分含量 Table2Ncontentoforganicfertilizer% 来源N来源N SourcesSources 人粪尿0.64豆饼6.68 猪粪尿0.24菜籽饼5.25 牛粪0.38棉籽饼4.29 羊粪0.78饼肥5.00 鸡粪1.60堆肥040 畜粪尿0.45厩肥0.37 沼液0.11农家肥015 沼渣0.50草木灰0.01 数据来源:刘更另等,1991;全国农业技术推广服务中心 表3主要作物秸秆籽粒比 Table3Seed/Strawratioforprimarycrop 作物籽粒秸杆比作物籽粒秸杆比 CropSe.d/StrawratioCropSeed/Strawratio 水稻1:0.9花生l:0.8 小麦1:11油菜籽1:1.5 玉米1:1.2芝麻1:2.2 大豆1:1.6薯类1:0.5 杂粮1:1.6糖料1:1.0 数据来源:全国农业技术推广服务中心,1999. 表4主要作物秸秆烘干基养分含量 Table4Nutrientcontentofcropstraw% 作物 Crop 水稻 小麦 玉米 杂粮 豆类 油菜 棉花 薯类 花生 N 0.91 0.65 0.92 0.86 1.67 0.87 1.82 1.89 2.51 数据来源:全国农业技术推广服务中心,1999. 1.3.2环境养分输入环境养分输入主要包括灌 溉水,降雨和生物固氮. 灌溉水:水稻农田生态系统灌溉水带入的养分 8河北农业大学第32卷 量全国平均为l6.4kg/hm;小麦农田生态系统 灌溉水带人的养分量全国平均为12.2kg/hm;玉 米农田生态系统灌溉水带入的养分量全国平均为 9.70kg/hm2[一. 降雨:水稻农田生态系统降雨带入的养分量全 国平均为l6.7kg/hm;小麦农田生态系统降雨带 入的养分量全国平均为9.30kg/hm;玉米农田生 态系统降雨带入的养分量全国平均为9.67kg/ hrn2引. 粮食作物固氮作用主要是非共生固氮.水稻的 固氮量以鲁如坤提出的参数为,为30kg/ hm卜?,小麦和玉米的非共生固氮量为15kg/ hm2…一. 1.3.3种子带入的养分通过水稻种子或种苗带 入的养分量全国平均为2.20kg/hm;通过小麦种 子带人的养分量全国平均为3.82kg/hm;通过玉 米种子带入的养分量全国平均为0.90kg/hm". 1,3.4农田生态系统养分输出作物收获带走的 养分:作物的收获物主要包括籽粒和秸秆收获带走 的养分,作物残茬对于养分的吸收本研究没有考 虑?叫.具体的计算过程为用籽粒的产量和形成每 100kg经济产量需要吸收的养分量计算得出籽粒 和秸秆吸收的氮的养分量. 挥发:化肥氨挥发损失率按11%计算,化肥硝 化一反硝化损失率按34%计算,秸秆还田挥发损失 率按25%计算. 淋溶:淋溶损失率按2%计算…. 径流:径流损失率按5%计算…. 2结果与分析 2.1全国不同年代农田氮素循环比较 2.1.1全国不同年代农田单位面积肥料氮投入量 比较从表5可以看出随着年代的增加,单位面积 化肥氮投入量越来越高.从1980年的95kg/hm 增加到2005年的258kg/hm,2005年是1980年的 2.7倍左右.1980年到1985年是快速增长阶段, 1980年到1985年,单位面积化肥氮投入量以每年 7.1kg/hm的速度增加,5年间全国增施了321万t 纯氮;1985年到1995年,单位面积化肥氮投入量增 速更快,以每年l0.5kg/hm的速度增加,10年全 国增施了979万t纯氮;1995年以后速度有所放缓, 以每年2.2kg/hm的速度增加. 单位面积有机氮投入量增幅不如化肥氮.从 1980年的61kg/hm增加到2005年的127kg/hm, 2005年是1980年的2倍左右,总的来说单位面积 有机氮施用量低于欧盟有机氮170kg/hm2的标准, 所以应适当提高有机肥的施用,以提高土壤质量,这 样既有利于提高农产品品质,稳产高产又有利于农 业的可持续发展.单位面积总氮投入量也是随着年 代的增加投入量越来越高,从1980年的156kg/hm2 增加到2005年的385kg/hm,2005年是1980年的 2.5倍左右. 表5全国不同年代农田单位面积肥料氦投入量及土壤养分盈余量 Table5ThefieldnitrogenapplicationrataandnutrientssurplusindifferentyearsinChina 2.1.2全国不同年代单位面积土壤养分盈余量比 较单位面积养分盈余量1990年以前盈余都在66, 85kg/hm之间,1995年到2005年盈余都在130 kg/hm左右(表5).从图2可以看出总氮投入量越 大,土壤养分的盈余量越多,土壤养分的盈余量越多 对环境污染的危险就越大. 舅 咖1 抽 年份Year 图2不同年代总氮投入量与土壤养分赢余量关系 Fig.2Thecorrelationbetweentotalnitrogenapplication andsoilnutrientssurplusindifferentyears 第1期魏静等:城镇化对我国不同年代农田氮素循环的影响9 2.2城镇化率与各种指标及各种指标间的相关性 从表6可以看出,城镇化率与全国单位面积化 肥氮投入量,单位面积有机氮投入量,单位面积总氮 投入量,单位面积土壤养分赢余量都存在显着正相 关关系. 表6城镇化率与养分循环各指标及各指标间的相关性 Table6Thecorrelationofcivilizationrate,nutrientscycleandotherindices 注:=7 3结论 (1)随着年代的增加,单位面积化肥氮投入量越 来越高,2005年为258kg/hm.,是1980年的2.7倍 左右; (2)单位面积有机氮投入量,2005年是1980年 的2倍左右,全国单位面积有机氮平均施用量低于 欧盟有机氮170kg/hm的标准; (3)单位面积总氮投入量也是随着年代的增加 投入量越来越高,2005年为385kg/hm,是1980年 的2.5倍左右. (4)单位面积养分盈余量1990年以前盈余都在 66--85kg/hm2之间,1995年到2005年盈余都在 130kg/hm左右. (5)在全国这个相对封闭大的系统中,城镇化率 与全国单位面积化肥氮投入量,单位面积有机氮投 入量,单位面积总氮投入量,单位面积土壤养分赢余 量都存在显着正相关关系. 参考文献: [1]何宇纳,马冠生.中国城乡居民食物消费现状及变化 趋势[J].中华流行病学,2005,26(7):485—488. [2]程国强.我国农业增长与结构变化[EB/OL].(2005— 08—29).http.-//www.cei.gov.cn/loadpage.aspx?Page =ShowDoc&CategoryAlias=hangye/ggmflm— hy &ProductAlias=hangyyaob&BlockAlias=sxhyyb &filename=/doc/sxhyyb/2O050829576O.xml [3]封志明,刘宝勤,杨艳昭.中国耕地资源数量变化的趋 势分析与数据重建:1949—2003[J].自然资源, 2005(1):35—43. [4]彭琳.中国化肥施用与粮食生产的进程,前景与布局 [J].农业现代化研究,2000,21(1):14—17. [5]曾希柏,陈同斌.中国粮食生产潜力和化肥增产效率 [6] [7] [9] [10] [12] [13] [14] [15] [16] 的区域分异[J].地理,2002,57(5):539—546. 徐浪,贾静.化肥施用量对粮食产量的贡献率分析 [J].四川粮油科技,2003(1).10—13. 国家统计局.中国统计年鉴1980,1985,1990,1995, 2000,2005[M].北京:统计年鉴出版社,1981,1986, 199I,1996,2001,2006. 中国农业统计资料.1980,1985,1990,1995,2000, 2005[M].北京:中国农业出版社,1981,1986,1991, 1996,2001,2006. 新中国50年农业统计资料[M].北京:中国农业出版 社,2001. 王激清.我国主要粮食作物施肥增产效应和养分利用 效率的分析与评价[D].北京:中国农业大学资环学 院,2007. 朱兆良.农田生态系统中化肥的去向和氮素管理 [MII//朱兆良,文启孝.中国土壤氮素.南京:江苏科 技出版社,1992:228—245. 尤崇杓.生物固氮译丛(三)[M].北京:农业出版社, 1988:87—89. 鲁如坤.土壤植物营养原理和施肥[M].北京:化学工 业出版社,1998. 范茂攀,郑毅,李少明,等.保山市农田生态系统养分 循环与平衡研究[J].云南农业大学,2005, 20(3):415—418. 奚振邦.农田生态系统中氮素循环的简析[c]//中国 土壤学会土壤农化专业委员会,土壤生物和生物化学 专业委员会.中国土壤学会土壤氮素工作会议论文 集.北京:科学出版社,1986:217—227. 樊庆笙.共生固氮和土壤肥力[cl//中国土壤学会土 壤农化专业委员会,土壤生物和生物化学专业委员 会,中国土壤学会土壤氮素工作会议论文集.北京:科 学出版社,1986:212—216. (编辑:梁虹)