發(fā)布時間：2021-12-11所屬分類：農業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：【目的】以華北平原典型地區(qū)河北省為例，明確農牧系統(tǒng)氮素養(yǎng)分流動特征和環(huán)境效應，分析農牧系統(tǒng)氮素循環(huán)利用率和農牧業(yè)結合的程度，探討農牧系統(tǒng)氮素的優(yōu)化管理途徑，為農牧業(yè)養(yǎng)分循環(huán)和綠色可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。【方法】以河北省農田-畜牧生產系統(tǒng)為邊界，
摘要：【目的】以華北平原典型地區(qū)河北省為例，明確農牧系統(tǒng)氮素養(yǎng)分流動特征和環(huán)境效應，分析農牧系統(tǒng)氮素循環(huán)利用率和農牧業(yè)結合的程度，探討農牧系統(tǒng)氮素的優(yōu)化管理途徑，為農牧業(yè)養(yǎng)分循環(huán)和綠色可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。【方法】以河北省“農田-畜牧”生產系統(tǒng)為邊界，在整理統(tǒng)計資料、文獻數據和調研數據的基礎上，利用物質流分析方法，分別定量 1980—2015 年河北省農田體系、畜牧體系和農牧系統(tǒng)的各個氮素輸入和輸出項，同時利用氮素利用率、氮素盈余量和氮素回田率等指標分析氮素流動特征與環(huán)境效應。農牧系統(tǒng)的氮素輸入項主要包括化肥、生物固氮、干濕沉降、灌溉、人糞尿還田、外源飼料;氮素輸出項主要包括農田體系主產品的本地消費、外銷，畜牧體系主產品的本地消費、外銷，農牧系統(tǒng)大氣排放、水體排放;內部的氮素循環(huán)項主要包括農田系統(tǒng)副產品還田、農田系統(tǒng)主、副產品作為本地飼料、畜牧系統(tǒng)副產品還田。【結果】1980—2015 年，河北省農田生產體系氮素年均輸入量增加 1.9 倍，而作物收獲氮量僅增長 1.5 倍，導致農田氮盈余量和損失量分別增加 1.7 和 1.9 倍，氮素利用率由 47.2%降至 41.4%。與有機肥氮投入相比，化肥氮投入占農田總氮投入 60%以上，近年來接近 70%。區(qū)域間農田養(yǎng)分平衡差異大，氮素輸入方面，邯鄲市和唐山市較高(>600 kg·hm-2),承德市最低(<200 kg·hm-2);氮素盈余方面，唐山市最高，為 267.8 kg·hm-2，衡水市最低，為 51.6 kg·hm-2。畜牧體系氮素輸入量也明顯增加，在 2005 年達到最大值，為 1980 年的 7.7 倍;畜禽產品和糞尿氮素產生量同時呈現(xiàn)增加趨勢，尤其是糞尿氮素產生量由 21.8×104 t 增加到 115.3×104 t;各區(qū)域間動物糞尿氮素產生量存在明顯差異，其中氮素產生量最高為邯鄲市(377.3 kg·hm-2)，最低為衡水市(122.6 kg·hm-2)。外源飼料氮素依賴率由 60.5%增至 72.7%，畜牧糞尿氮素還田率由 70.4%降至 30.2%，但畜牧體系氮素利用率由 6.4%增至 16.3%。從農牧系統(tǒng)整體來看，1980—2015 年氮素輸入總累計量高達 9 038.9×104 t，化肥氮素投入量約占總氮素投入量的 55.7%，外源飼料氮素投入量占總氮素投入量的 33.1%，農牧產品累計總輸出氮為 2 537.4×104 t，占總累計輸入氮量的 28.1%，向大氣、水體累計排放的總氮量高達 4061.2×104 t，約占總累計輸入氮量的 44.9%。【結論】1980—2015 年河北省農牧系統(tǒng)氮素投入量大幅度增加，氮素富集和環(huán)境排放嚴重，氮素利用率偏低，不同區(qū)域單位面積氮素平衡存在較大差異，農田生產與畜禽生產之間養(yǎng)分循環(huán)嚴重脫節(jié)。因此，應該充分利用本地飼料資源，提高有機肥的還田率，走農牧結合的道路，從而降低因“農牧分離”造成的“高投入-低效率”代價，促進農牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
關鍵詞：氮素;農牧系統(tǒng);養(yǎng)分循環(huán);環(huán)境效應;養(yǎng)分利用率;河北省
0 引言
【研究意義】隨著人類生活水平的不斷提高，氮素作為重要的養(yǎng)分資源，在農牧業(yè)中投入數量不斷增加，在滿足人們對糧食、畜產品需求的同時，也引發(fā)了全球性和區(qū)域性的氮環(huán)境污染問題[1-3]。因此，在明確區(qū)域內農牧業(yè)氮素流動特征基礎上，實現(xiàn)氮素的優(yōu)化管理，是農牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟需解決的問題。華北平原是中國重要的農牧業(yè)生產基地，其農牧業(yè)氮素利用狀況直接影響國內農牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。河北省作為華北平原典型代表，農林牧漁業(yè)生產規(guī)模位居全國第 3 位，是中國農牧產品主要產區(qū)之一[4]。研究該區(qū)域農牧系統(tǒng)的氮素流動特征及其環(huán)境效應，對于優(yōu)化區(qū)域養(yǎng)分資源配置、協(xié)調農牧業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關系，促進農牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展等具有重要指導意義。【前人研究進展】目前，國外對農牧系統(tǒng)氮素養(yǎng)分的平衡及管理問題已有大量的研究[5-6]，這些研究通過對“農田-畜牧”系統(tǒng)的養(yǎng)分流動狀況進行綜合評價，明確養(yǎng)分流動特征，對于解決氮素養(yǎng)分損失和環(huán)境污染問題具有重要意義。國內在國家尺度、典型區(qū)域、典型的農田或畜牧系統(tǒng)等方面也開展了一些研究，王激清等[7]借助物質流法建立中國農田生態(tài)系統(tǒng)氮素模型，估算中國不同地區(qū)的氮養(yǎng)分輸入輸出以及養(yǎng)分盈余并分析養(yǎng)分產生的環(huán)境效應;MA 等[8-9]建立和利用 NUFER 模型，在國家和區(qū)域尺度上從食物鏈的角度對氮素平衡、環(huán)境排放、流動規(guī)律及利用效率進行了分析;侯勇等[10]用物質流動的方法，對京郊典型集約化“農田-畜牧”生產系統(tǒng)氮素流動特征進行了研究;張華芳等[11]用類似的方法對河北省農牧系統(tǒng)磷素流動特征及其環(huán)境效應進行了分析。這些研究引進物質流分析方法，構建養(yǎng)分流動模型，對于揭示農田、區(qū)域和整個食物鏈養(yǎng)分流動特征和環(huán)境效應打下了方法基礎，也為農牧系統(tǒng)養(yǎng)分優(yōu)化管理提供了依據。【本研究切入點】目前，華北地區(qū)關于農牧系統(tǒng)氮養(yǎng)分流動特征的研究比較少，對于農牧結合體系下的氮素輸入輸出、流動特征及其環(huán)境效應尚不明確。【擬解決的關鍵問題】借助 NUFER 模型，應用物質流分析方法，分析河北省 1980—2015 年間農牧系統(tǒng)氮養(yǎng)分流動特征，明確不同區(qū)域間養(yǎng)分流動在時間和空間上的差異，為華北乃至全國農牧系統(tǒng)的氮素養(yǎng)分優(yōu)化管理提供借鑒。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)域概況
河北省地處北緯 36°05′—42°37′、東經 113°11′— 119°45′，是中國農牧業(yè)生產大省。20 世紀 80 年代至今，農作物種植面積已由 833.5×104 hm2 上升到 874 ×104 hm2 ，糧食作物的產量從 1.5×107 t 升至 3.4×107 t，肉蛋奶總產量由 5.5×105 t 升至 1.3×107 t，在中國農產品主產區(qū)中占有重要地位，以 2015 年為例，當年糧食產量居全國第 8 位，農牧業(yè)生產總產值居全國第 5 位[4,12]。
1.2 研究體系界定
以河北省“農田-畜牧”生產體系為研究邊界，氮素為研究對象，核算 1980—2015 年間“農田-畜牧” 生產體系每年氮素輸入、輸出和內部循環(huán)項(圖 1)。體系輸入項主要包括：化肥、外源飼料(系統(tǒng)外輸入飼料)、農田灌溉、生物固氮和干濕沉降等;體系輸出項主要包括：動植物產品的產出(劃分為本地居民消費和外銷)和氮素環(huán)境(大氣和水體)排放;而作物主副產品的本地飼用、作物副產品(秸稈殘茬)還田和畜禽糞尿還田作為體系內部循環(huán)項。
1.3 養(yǎng)分流動項的計算和數據獲取方法
1.3.1 農田子系統(tǒng) (1)輸入項計算方法和數據來源 農田輸入氮素量包括：化肥氮素量、有機肥氮素量、灌溉氮素量、干濕沉降氮量和生物固氮量。各項算法和數據來源如下。
NIfer(化肥氮素投入量)：來源于中國統(tǒng)計年鑒(2008—2015 年)和中國 60 年農業(yè)統(tǒng)計資料[4,12];復合肥中氮按照文獻數據[8,13]給出的比例折算。
1.4 評價指標
農田氮盈余量=農田輸入氮素量-農田輸出氮素量;農田氮養(yǎng)分利用率(%)=作物收獲氮素量(主產品+ 副產品)÷農田輸入氮素量×100;畜牧氮養(yǎng)分利用率(%)=(畜牧主產品氮+畜牧副產品氮)÷畜牧體系投入氮×100;本地飼料氮素利用率(%)=本地飼料投入氮素÷本地飼料資源氮素×100[11,14];外部飼料氮素依賴率(%)=外部飼料氮素÷飼料總投入氮素×100;動物糞尿氮素回田率(%)=糞尿還田氮素÷糞尿產生氮素 ×100;農牧系統(tǒng)氮素利用率(%)=(植物性食品氮+ 動物性食品氮)÷農牧系統(tǒng)總投入氮量×100。
2 結果
2.1 農田子系統(tǒng)不同年代氮素輸入和輸出核算
1980—2015 年間河北省農田體系的氮素總輸入量和總輸出量均呈現(xiàn)明顯的增加趨勢。總輸入量變化可以分為 2 個階段，1980—1998 年為快速增長階段，由 95.1×104 t 增至 277.8×104 t，增長了 1.9 倍;之后為基本穩(wěn)定階段。化肥一直是農田體系氮素輸入的主要來源，其投入量一直占總投入量的 60%以上，近年來接近 70%;而有機肥氮素投入 1980—2005 年整體呈現(xiàn)增加趨勢，2006 年以后呈現(xiàn)減少趨勢。從氮素總輸出量來看，總體趨勢與氮素總輸入一致，呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢。作物收獲量作為最重要的氮素輸出項，36 年間由 46.8×104 t 增至 112.2×104 t，增長約 1.5 倍;氨揮發(fā)是主要的氮素損失項，約占氮素總輸出項的 30%左右，36 年其年排放總量由 21.6×104 t 增至 57.8×104 t，增長了 1.7 倍;此外，徑流、淋洗和反硝化造成的氮素損失也在不斷增加;氮素水體和大氣損失量 36 年增加了 1.9 倍。氮素可計算的總輸出量占總輸入量的比例由 1980 年的 75.4%降至 2015 年的 69.9%，導致農田氮素大量盈余，年均總盈余量由 73.2 ×104 t 增至 190.9×104 t，增加了 1.6 倍(圖 2)。
2.2 農田子系統(tǒng)不同區(qū)域氮素輸入和輸出核算
2015 年農田體系不同區(qū)域單位面積氮素輸入量不同，邯鄲市和唐山市較高(>600 kg·hm-2)，張家口市和承德市較低(<200 kg·hm-2)。其中化肥氮素投入量邯鄲市最高，為 463.1 kg·hm-2，張家口市最低，為 65.3 kg·hm-2。作物收獲氮素量邯鄲市最多，為 365.1 kg·hm-2，張家口市最少，僅為 48.5 kg·hm-2;氮素盈余量唐山市最高，為 267.8 kg·hm-2，衡水市最低，為 51.6 kg·hm-2(圖 3)。上述結果表明，河北省不同區(qū)域間農田氮素的分配和利用存在著嚴重的不均衡。
2.3 畜牧子系統(tǒng)不同年代氮素輸入和輸出核算
河北省畜牧系統(tǒng)氮素輸入可分為 2 個階段，1980 —2005 年間，河北省畜牧體系氮素總輸入量明顯增加，在 2005 年達到最高，約為 201.8×104 t，與 1980 年的氮素輸入量相比增加了 7.7 倍，隨后幾年的輸入量保持在 140×104 t 左右，趨于穩(wěn)定。相比于本地飼料氮素輸入量，系統(tǒng)外源飼料氮素輸入量大幅度增加，且明顯高于本地飼料氮素的輸入量。其中，外源飼料氮素輸入量在畜牧體系氮素總輸入量中所占的比例呈遞增趨勢，由 60.5%(1980 年)增至 71.7% (2015 年)。36 年間，畜牧體系動物產品氮素輸出量和動物糞尿氮素資源量，同樣表現(xiàn)出明顯的增加趨勢，尤其是糞尿氮素資源量由 21.8×104 t 增至 115.3×104 t(圖 4)。
2.4 畜牧子系統(tǒng)不同區(qū)域氮素輸入和輸出核算
2015 年河北省不同區(qū)域畜牧體系單位面積的氮素養(yǎng)分流動數量表現(xiàn)為：本地飼料的氮素供應量最高的是邯鄲市，約為 105.0 kg·hm-2，最低的是張家口市，約為 18.4 kg·hm-2;對于外源飼料的氮素需求量最多的是邯鄲市，約為 406.2 kg·hm-2，最少的是滄州市，約為 105.7 kg·hm-2;從畜牧系統(tǒng)的氮素輸出項來說，動物產品的氮素輸出量邯鄲市最高，約為 133.9 kg·hm-2，最低的是滄州市，約為 32.8 kg·hm-2;動物糞尿產生的氮素量邯鄲市最高，約為 377.3 kg·hm-2，衡水市最低，為 122.6 kg·hm-2(圖 5)。畜牧體系氮素的來源和利用也存在嚴重的區(qū)域不均衡。
2.5 農牧系統(tǒng)不同年代氮素利用和去向的變化
河北省農牧系統(tǒng) 1980 年和 2015 年總輸入氮量分別為 88.9×104 t 和 325.7×104 t，產品總輸出氮量分別為 35.1×104 t 和 109.7×104 t，產品總輸出占總輸入的比例分別為 39.5%和 33.7%。與 1980 年相比，2015 年農牧系統(tǒng)氮素輸入量和輸出量分別增加 2.7 和 2.1 倍，產品輸出量占輸入量比例降低了近 6%。從輸入項構成看，1980 年到 2015 年化肥氮素投入比例由 66.9%降至 57.0%，而外源飼料氮素投入比例則由 15.9%增至 31.0%。在氮素總輸出中，1980 年到 2015 年農田產品氮素輸出量比例由 95.4%降至 82.1%，動物產品占比由 4.6%升至 17.9%。同時，農田產品和動物產品外銷氮素也有大幅度提高。氮素向大氣和水體的排放是主要的氮素損失項，1980 年分別為 27.2×104 t 和 6.2×104 t，2015 年分別為 77.5×104 t 和 80.4×104 t，分別增加了 1.8 和 12.0 倍。向水體排放氮素占氮素總損失的比例由 1980 年 18.5%升至 2015 年 50.9%;同時，畜牧業(yè)的環(huán)境損失貢獻在加大，其貢獻率由 1980 年的 19.5%上升到 2015 年的 51.0%(圖 6-a、6-b)。農牧結合體系 36 年養(yǎng)分積累量結果表明，河北省農牧系統(tǒng)累計輸入總氮素量高達 9 038.9×104 t，化肥氮素投入量約占總氮素投入量的 55.7%，外源飼料氮素投入量占總氮素投入量的 33.1%，農牧產品累計輸出總氮素量為 2 537.4×104 t，占累計輸入總氮素量的 28.1%，向大氣、水體排放的總累計氮素量高達 4 061.2 ×104 t，約占累計輸入總氮量的 44.9%(圖 6-c)。
2.6 河北省農牧系統(tǒng)氮素利用和循環(huán)狀況
1980—2015 年間農田體系所產生的本地飼料氮利用率在緩慢增加，由 45.6%增加到 60.5%。同時，隨著外源飼料投入比例的不斷增加，畜牧生產體系對外源飼料的依賴程度在不斷增加，由1980年的60.5%增至2005 年的 85.6%，之后有所下降并趨于平穩(wěn)，維持在 75.0% 左右。1980—2015 年間畜牧體系動物糞尿氮素還田比率逐漸降低，由 70.4%降至 30.2%(圖 7)。36 年間農田系統(tǒng)的氮素利用率由 47.2%降至 41.4%。畜牧體系的氮素利用率從 1980 年的 6.4%增至 2015 年的 16.3%。農牧結合體系的氮素利用率總體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，由 1980 年的 36.0%降至 2015 年的 31.3%(圖 8)。
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3 討論
3.1 河北省農田系統(tǒng)氮養(yǎng)分流動特征
農田養(yǎng)分流動特征反映了系統(tǒng)內的養(yǎng)分輸入輸出量變化、養(yǎng)分利用率、養(yǎng)分管理效果以及對環(huán)境的影響，一直都是研究者所關注的重要問題[7,18]。在區(qū)域尺度上，國內外很多研究對農田系統(tǒng)氮素平衡進行了探索，例如 KRISHNA 等[19]在對印度土表養(yǎng)分平衡(2001—2002 年)進行核算后，對國家不同區(qū)域的養(yǎng)分盈余狀況進行了系統(tǒng)的闡述，并明確了其優(yōu)化管理方向;國內一些學者則研究了全國及其各個省域農田養(yǎng)分平衡狀況[7,17,20]。與這些研究相比，河北省農田氮素流動具有典型的特征：(1)河北省農田體系氮素輸入量增速快，36 年增長了 2 倍;區(qū)域間極不平衡，單位面積農田氮素輸入量最高的邯鄲市與最低的張家口市相差近 500 kg·hm-2，多數區(qū)域單位面積氮肥投入量高于作物推薦量 150—180 kg·hm-2水平[21];(2)2015 年河北省農田化肥氮素投入量約占總投入氮量的 70%，而國內一些研究結果顯示，化肥氮素投入占農田氮素投入的比例分別為 47.4%(全國尺度)[22]、56.1% (全國尺度)[7]、61.5%(華北地區(qū))[23]，與這些研究結果相比，河北省化肥氮素投入所占比例偏高;(3)河北省農田氮素利用率逐年降低，至2015年為41.4%，接近李書田等[23]在華北地區(qū)研究結果(41.3%)，低于 JARVIS 等[24]關于歐洲西北地區(qū)的典型種植體系的研究結果(53.0%);(4)荷蘭 MINAS 規(guī)定[18]的農田氮素盈余量為 60 kg·hm-2(沙質土壤)、100 kg·hm-2 (黏質土壤)，在河北省的 11 個行政市中，有 6 個市域的農田氮素盈余量>100 kg·hm-2，平均農田氮素盈余量為 133.1 kg·hm-2，與王激清等[7]研究結果一致;與 SUN 等[20]建議的 100 kg·hm-2(農田氮素年盈余量潛在環(huán)境污染指標)和 180 kg·hm-2(高風險環(huán)境污染的指標)相比，河北省農田系統(tǒng)因氮素大量盈余所帶來的環(huán)境風險不容忽視。由此可見，河北省農田體系氮素流動具有投入量大、化肥氮素投入占比高、氮素利用率低、區(qū)域之間差異大、環(huán)境風險高等特征。
3.2 河北省畜牧系統(tǒng)氮養(yǎng)分流動特征
近些年來，中國畜牧業(yè)養(yǎng)殖方式由農戶散養(yǎng)型向小區(qū)養(yǎng)殖型、集約化養(yǎng)殖型進行轉變，由此帶來一系列的大氣、水體等環(huán)境問題，分析其原因是因為動物糞尿還田率低、管理措施不配套，所導致的氮素損失及其他環(huán)境污染[14,17,25-27]。本研究表明，1980—2015 年間由于河北省農牧系統(tǒng)生產規(guī)模的不斷擴大，2015 年畜牧體系動物糞尿的氮素產生量大量增加，是 1980 年的 5.3 倍。與 1980 年相比，畜牧系統(tǒng) 2015 年的外源飼料氮素投入量增加了 86.9×104 t，而動物產品的氮素輸出量卻只增加了 22.3×104 t，外源飼料氮素依賴率從 1980 年的 60.5%增至 2005 年的 85.6%，之后有所下降并趨于平穩(wěn)，維持在 75.0%左右。畜牧體系的氮素利用率，從 1980 年的 6.4%增加到 2015 年的 16.3%，與 JONKER 等[28-29]的研究結果(25%—35%)相比偏低。河北省畜牧系統(tǒng)不同區(qū)域單位面積糞尿氮素產出量平均值為 208.7×104 t，其中邯鄲市、秦皇島市、唐山市、石家莊市、保定市的單位面積氮素糞尿氮素產出量均高于歐盟單位面積耕地氮素限量標準 170 kg·hm-2[30-31]，說明河北省存在因糞尿氮素過量而導致的環(huán)境污染風險。綜上所述，河北省畜牧體系氮素流動具有外源氮素依賴率高、養(yǎng)分利用率低、糞尿氮素還田率低、區(qū)域間不均衡、環(huán)境風險高等特征。
3.3 河北省農牧系統(tǒng)氮素流動特征
如何走好種養(yǎng)結合的道路，在充分保障糧食安全和畜牧業(yè)高效發(fā)展的同時，降低生產過程中的資源環(huán)境代價，實現(xiàn)環(huán)境友好、清潔生產，已成為目前中國農牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要任務[30-34]。歐洲、美國等發(fā)達國家通過出臺一系列的環(huán)境法律法規(guī)限制農牧系統(tǒng)的氮素輸入量，提高體系內氮素的利用效率，從而減緩氮素所帶來的污染問題[32,35]。本研究表明，河北省農牧系統(tǒng) 36 年累積氮素投入量為 9 038.9×104 t，化肥氮素投入量約占總氮素投入量的 55.8%，外源飼料氮素投入量占總氮素投入量的 31.5%，且外源飼料氮的依賴程度在不斷增大。1980—2015 年間畜禽糞尿氮還田率不斷下降，由 70.4%大幅度下降到 30.2%，明顯低于歐盟國家的 68%[36]。導致畜禽糞尿氮素還田率低的主要原因包括：(1)畜禽糞尿在“飼舍-儲藏-處理” 環(huán)節(jié)管理不合理，導致大量氮素向大氣排放，特別是氨揮發(fā)損失嚴重，占總排泄氮量的 26.8%;(2)在中大型規(guī)模養(yǎng)殖場/小區(qū)，缺乏糞污處理設施，未經處理的糞污直接向水體排放(占總排泄氮量的 19.0%);(3)農田生產大量依靠化肥投入，有機肥施用比例較低。由于大量的化肥氮素投入、高外源飼料氮素依賴率和較低的動物糞尿氮素還田率，河北省農牧結合體系中的氮素利用率不斷下降，降至 2015 年的 31.2%，明顯低于中國農牧系統(tǒng)平均氮素利用率(41%)[37]。由此可見，河北省農牧生產體系在氮素利用和循環(huán)方面嚴重脫節(jié)。
3.4 河北省農牧系統(tǒng)生產過程中的環(huán)境影響
農牧結合體系生產過程中，對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在氮素向大氣和水體的排放。本研究結果表明，河北省農牧系統(tǒng)向大氣和水體排放的氮素總量分別為 33.4×104 t(1980 年)、157.9×104 t(2015 年)，氣體氮素損失比例由 1980 年的 81.4%降至 2015 年的 49.1%;水體排放損失占氮素總損失的比例呈現(xiàn)上升趨勢，由 18.6%增加到 50.9%，與前人研究結果較為一致。劉曉利[37]研究表明，2001 年中國農牧系統(tǒng)氮素損失以氣態(tài)損失為主，占總損失量的 66.9%;馬林[17]對 2005 年中國農牧系統(tǒng)氮素損失量進行了估算，其中氣態(tài)損失占比為 52.6%，進入水體的氮素損失為 47.4%。在總損失的貢獻方面，ZHANG 等[38]2010 年研究結果表明大氣氮素損失有 47.5%來自畜牧業(yè);ZHOU 等[39]對京津冀地區(qū)氨揮發(fā)損失貢獻比率進行了研究，其中畜牧業(yè)貢獻率為 56.7%，本研究取得類似研究結果，畜牧體系對農牧系統(tǒng)氮素損失的貢獻率由 1980 年的 19.5%上升到 2015 年的 51.0%，說明畜牧業(yè)在氮素損失方面的貢獻率不斷提高。36 年間，河北省農牧系統(tǒng)向大氣、水體排放的總積累氮素量高達 4 061.2×104 t，約占總積累輸入氮量的 44.9%，遠遠超出歐盟排放量(30%，其中氣體 26%，水體 4%) [36]。由此可見，河北省農牧系統(tǒng)生產過程中對大氣和水體的環(huán)境影響問題不容忽視。
3.5 優(yōu)化途徑
針對河北省農牧結合體系存在的高氮素投入、低植物產品和動物產品生產氮素利用率、高環(huán)境氮素排放，農牧結合體系氮素利用嚴重脫節(jié)的問題，建議從以下途徑進行優(yōu)化：(1)農田系統(tǒng)應減少化學肥料氮素的投入[21]，采取合理的施肥技術[40](測土配方施肥技術)，根據農作物需求確定施肥量;在控制施肥量的同時采用合理的施肥方法，例如溝施、深施，結合前氮后移技術，以及合適的作物種植管理技術，提高氮素利用率[41];(2)畜牧系統(tǒng)應該從飼料營養(yǎng)和飼養(yǎng)管理方面來入手[28-29,32]，提高動物產品氮素的利用效率，從氮素投入源頭和動物養(yǎng)分利用過程來降低后期動物糞尿中的氮素含量;對動物糞尿進行處理，例如建立沼氣池生產沼氣、進行堆肥、對糞尿進行覆蓋等處理，減少糞尿管理不合理造成的氮素損失[42];(3)農牧結合體系中，應該減少化學肥料的投入[43]，將動物糞尿進行處理后回田，有機肥和化肥配合施用，提高本地農作物產品的數量和品質，提高本地飼料的飼用比例，實現(xiàn)真正的農牧結合;(4)國家應加快制定相關法律法規(guī)，借鑒歐盟環(huán)境保護法規(guī)(硝酸鹽法規(guī)、歐盟水框架法規(guī)等)對氮素肥料施用和動物糞尿儲藏與處理進行明確規(guī)定，實現(xiàn)清潔生產[30,44]。
4 結論
(1)河北省農田體系氮素流動具有投入量大、化肥氮素投入占比高、氮素利用率低、區(qū)域之間差異大、環(huán)境風險高等特征。從 1980 年到 2015 年，河北省農田體系氮素總輸入量、總輸出量均明顯增加，其中 1980 年到 1996 年為快速增長階段并達到最高峰，之后趨于穩(wěn)定;農田產品氮素輸出量的增長幅度遠小于氮素輸入量的增長幅度，導致氮素盈余增加、氮素利用率持續(xù)降低。
(2)河北省畜牧體系氮素流動具有外源氮素依賴率高、養(yǎng)分利用率低、糞尿氮素還田率低、區(qū)域間不均衡、環(huán)境風險高等特征。河北省畜牧體系本省飼料(氮素)投入量難以滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需求，飼料主要來源于外省飼料的購入。此外，雖然畜禽生產環(huán)節(jié)的氮素利用率在逐年增加，但是較歐美發(fā)達國家，其利用率仍較低。大量糞尿氮素資源的產生及低回田率，導致向大氣、水體的大量氮素損失，加劇環(huán)境風險。
(3)河北省農牧系統(tǒng)在氮素利用和循環(huán)方面嚴重脫節(jié)。較高的化肥氮素投入、高的外源飼料氮素依賴率、低的動物糞尿氮還田率和畜牧業(yè)在農牧系統(tǒng)氮素總損失中貢獻率的增加都表明農田系統(tǒng)和畜牧系統(tǒng)未能很好地結合，畜牧業(yè)氮素損失的貢獻越來越大，形成了現(xiàn)在的高環(huán)境代價、低產出、低利用率的農牧系統(tǒng)。河北省應該充分利用本地飼料資源，提高有機肥的還田率，走農牧結合的道路，從而降低因“農牧分離”造成的“高投入-低效率”代價，促進農牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 ——論文作者：
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