题名海河流域农田生态系统1990-2010年 氮平衡时空变化特征研究
作者郑萌萌
学位类别硕士
答辩日期2014-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师郑华,肖燚
关键词氮平衡 氮盈余强度 氮利用效率 农田生态系统 海河流域 nitrogen budget nitrogen surplus intensity nitrogen use efficiency agroecosystem Haihe Basin
其他题名Study on the Spatio-temporal Characteristics of Nitrogen Budgets between 1990 and 2010 in the Agroecosystems of Haihe Basin, China
学位专业生物工程
中文摘要      氮肥过度施用是农业面源污染的主要原因之一,农田氮素平衡可以作为评价农田氮素损失引起环境风险的重要指标。本研究以海河流域为对象,分析了流域水环境状况及变化,基于流域县级农业统计数据、农田氮素平衡模型和  GIS技术,研究了海河流域农田生态系统 1990-2010年农田氮输入、氮输出、氮素盈余强度和氮素利用效率特征。结果表明:
(1)1990-2010年,海河流域农田氮素输入强度由  238kg/ha增加到 420kg/ha,增加了 76%;其中,1990-2000年增加了  42%,2000-2010年增加了   25%。化肥氮输入强度由 149kg/ha增加到   310kg/ha,增加了 108%;其中,1990-2000年增加了 52%,2000-2010年增加了 37%。氮素输入总量由 31×108 kg增加到 54×108kg,增加了 74%;其中, 1990-2000年增加了  48%,2000-2010年增加了   17%。化肥输入总量由 19×108kg增加到  40×108kg,增加了 111%;其中,1990-2000年增加了 63%,2000-2010年增加了  29%。虽然氮素输入的速率趋缓,但是氮素输入总量和强度持续加大,流域潜在环境风险增加。
(2)1990-2010年,海河流域农田氮素输出强度由  149kg/ha增加到 261kg/ha,增加了 75%;其中,1990-2000年增加了  34%,2000-2010年增加了   31%。作物收获氮由 111kg/ha增加到 177kg/ha,增加了 59%;其中,1990-2000年增加了  26%,2000-2010年增加了  26%。氮素输出总量由 19×108 kg增加到   34×108kg,增加了79%;其中,1990-2000年增加了   42%,2000-2010年增加了   26%。作物收获氮的总量由14×108增加到23×108kg,增加了64%;其中,1990-2000年增加了36%,2000-2010年增加了  21%。随着氮素输入总量的增加,氮素输出的比例逐渐降低。
(3)1990-2010年,海河流域农田氮素盈余强度    (NSI)由   89kg/ha增加到159kg/ha,增加了 79%;海河流域农田氮素盈余总量由 11×108kg增加到 20×108kg。1990,2000,2010年,海河流域农田氮素利用效率分别为  0.46,0.42,0.42.其中  2000与 2010年氮素利用效率持平。氮素盈余强度不断加大,氮素利用效率尚未得到提高。
      上述结果表明海河流域农田生态系统作物产量、氮肥施用强度增加的同时,环境风险也随之攀升,全面认识氮素平衡特征及其变化对于农业可持续发展和水环境污染防治具有重要意义。在不牺牲作物产量的前提下,建议采取以下措施提高氮素利用效率、降低氮素盈余强度,进而降低农田氮素损失的环境风险:结合本地土壤养分监测,优化化肥、有机肥施用比例;优化氮、磷、钾肥配比,提高作物对化肥的利用率;加大固氮作物品种的种植比例,降低化肥需求;通过教育、宣传等手段,提高农民对土壤肥力的认知水平。
英文摘要      Excessive application  of nitrogen fertilizer is one  of the main reasons for  agricultural  non-point  source  pollution.  The nitrogen  balance  can  serve  as  an indicator of  the environment risk resulting  from nitrogen loss  from agricultural land. To investigate the  spatial-temporal change in agricultural  nitrogen application and its potential  threat   to  the     environment   of  the   Haihe  Basin   in  China,   this  study constructed agricultural nitrogen balance model, calculated  agricultural nitrogen input, nitrogen  output, nitrogen  surplus  intensity(NSI),  and nitrogen  use  efficiency(NUE)from 1990 to 2010  based on a database of county-level  agricultural statistics and GIS technology. The results showed that as follows:
(1)From 1990  to 2010, the  nitrogen input intensity has  risen from  238kg/ha to 420kg/ha,with a 76% increase for 1990-2010,  a 42% increase for 1990-2000 and a 25% increase  for 2000-2010.The  chemical-N  input intensity  has risen  from  149kg/ha  to 310kg/ha,with a  108% increase for  1990-2010, a  52% increase for  1990-2000 and a 37% increase  for 2000-2010.The  total nitrogen  input amount has  risen from  31×108 kg to 54×108kg,with a 74% increase for 1990-2010, a 48% increase for1990-2000 and a  17%  increase for  2000-2010.The  total  chemical-N  input  amount has  risen  from 19×108kg  to  40×108kg,with  a  111%  increase  for  1990-2010,  a  63%  increase  for 1990-2000 and  a  29% increase  for 2000-2010.In  spite  of a  lower growth  rate  with time, the input intensity and total input amount has continued to increase in the last 20 years and the environment risks have increased in the Haihe Basin.
(2)From 1990  to 2010, the  nitrogen output intensity has  risen from 149kg/ha  to 261kg/ha,with a 75%  increase for 1990-2010, a 34%  increase for1990-2000 and a 31% increase for  2000-2010.The  nitrogen harvested  by  crop has  risen from  111kg/ha  to 177kg/ha,with a 59% increase for 1990-2010,  a 26% increase for 1990-2000 and a 26% increase for 2000-2010.The total  nitrogen output amount has risen from  19×108 kg to 34×108kg,with a 79% increase  for 1990-2010, a 42% increase for1990-2000 and  a 26%
increase for 2000-2010.The  total nitrogen amount harvested  by crop    has risen from 14×108kg  to  23×108kg,with  a   64%  increase  for  1990-2010,  a  36%   increase  for 1990-2000 and a 21% increase for 2000-2010.The proportion of nitrogen harvested by crop  has decreased  as  the  total  nitrogen  input amount  has  increased  in  the Haihe Basin.
(3)From  1990   to  2010,  the   nitrogen  surplus  intensity(NSI)   has  risen  from 89kg/ha to 159kg/ha,with a 79% increase  for 1990-2010; the total amount of nitrogen surplus has risen from  11×108kg to 20×108kg. The nitrogen  use efficiency(NUE) was 0.46,0.42,0.42 in 1990,2000,2010,repectively,and those of 2000 and 2010  kept the same   lower   value.   The   nitrogen   surplus   intensity(NSI)   has    been   intensified unceasingly, but the nitrogen  use efficiency(NUE) has not been improved  at the same time.
      The  results above  demonstrated  that  as the  crop  yields  and chemical-N  input intensity increased,  the environmental  risks  kept climbing  in the  agroecosystems of Haihe  Basin.  It  is  of  great  significance  to  fully  understand  the  characteristics  of nitrogen   balance   and  its   change   in   the   interest  of   a   sustainable   agricultural development and the prevention of environmental disruption. Without sacrificing crop yields,  it  is  suggested that  the  following  measures  should  be  adopted  to improve nitrogen
use efficiency(NUE),reduce nitrogen surplus intensity(NSI).lessen environmental  risks  caused  by   nitrogen  loss  from  farmland:  optimize  the   types, volume, and proportions of fertilizers such  as chemical fertilizer and organic fertilizer combined with local  soil nutrient testing; optimize  the proportion of N:P:K,  raise the the  amount of  nitrogen absorbed  by  the crop;  grow  more nitrogen-fixing  crop  and reduce the  demand for  chemical-N; make  knowledge of    better soil  fertility widely available among farmers by education and publicity.
公开日期2015-07-07
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15631]  
专题生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
郑萌萌. 海河流域农田生态系统1990-2010年 氮平衡时空变化特征研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014.
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