农牧交错带农牧系统氮素流动与环境效应——以山西-中国农业科学.pdf

中国农业科学 2018,51(3):456-467 Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.006 农牧交错带农牧系统氮素流动与环境效应—— 以山西省为例 1 1 2 1 张建杰 ，郭彩霞 ，李莲芬 ，张强 1 2 （山西省农业科学院农业环境与资源研究所/ 山西省土壤环境与养分资源重点实验室，太原 030031 ； 山西省农业科学院畜牧兽医研究所， 太原 030032 ） 摘要：【目的】探明山西省农牧交错带农牧生产系统的氮素流动特征及其环境效应，进一步为山西实施区域 养分资源管理、加快农牧交错带产业结构调整提供科学依据。【方法】在整理统计资料、文献数据和实地调研的基 础上，使用食物链养分流动模型（nutrient flows in food chains, environment and resources use，NUFER） 和 GIS，估算山西省农牧交错带（主要涉及大同、朔州、忻州、吕梁、临汾和太原等 6 个地市）42 个县区农牧生 产系统的氮素账户平衡、流动路径及损失途径。【结果】不同县区农田化学氮肥投入存在“两极分化”的现象，投 入水平范围在 6.7—253 kg·hm-2 ，极值间相差 38 倍；各县区农田氮素的投入结构也表现出较大差异，主要跟当地 化学氮肥施用习惯及农业种植结构有很大的关系；单位农田面积农作物主产品的氮素携出量范围在19.11—96.75 kg·hm-2 -2 ，空间上整体呈现南北高、中部低的变化趋势；不同县区农田氮素盈余量在-16—202 kg·hm ，氮素亏缺与 盈余情况并存；区内畜牧生产系统中外源饲料氮素投入差异较大，朔州市的山阴县外源饲料氮素投入高达0.94× 104 t，而忻州的五寨、临汾的隰县、大宁和蒲县，则可以通过作物生产系统来满足畜牧生产系统的饲料需求，也 充分反映了各县区畜牧业养殖规模和农牧产业结构存在较大差异；区内单位面积农田动物主产品氮素携出量范围 在 1.51—27.50 kg·hm-2 -2 ，极差 25.99 kg·hm ，说明各县区畜牧生产系统的生产力水平差异较大，单位农田面积动物 主产品的氮素携出量＞13 kg·hm-2 的分布在区域北部朔州市的山阴、怀仁、大同等县区，表明这些县区畜牧生产系统 中的氮素利用率较高；单位耕地面积畜禽粪尿氮素负荷较高（＞50 kg·hm-2 ）的县区主要分布在区域北部；农牧生产 系统氮素损失的空间分布格局明显：一级区（＞200 kg·hm-2 -2 ）分布在区域北部，二级区（120—200 kg·hm ）分布在 区域南部和北部，三级区（＜120 kg·hm-2 ）主要分布在区域中部，今后应重点关注区域北部农牧业生产过程中的氮素 损失及环境问题。【结论】农业生产结构不合理、“农牧分离”是造成农牧生产系统氮素利用率低下的主要原因，今 后农田养分资源综合管理要在空间上合理配置氮素资源，在养分投入上既要考虑化学氮肥和粪尿氮素的投入，还要 兼顾来源于环境投入部分的氮素，更要注重和畜牧生产系统的耦合，以最小的环境代价生产更多的农牧产品。 关键词：农牧交错带；NUFER模型；农牧生产系统；氮流动；环境效应；山西省 Nutr