余 乐, 郭浩浩, 付 阳, 赵洪伟**

江苏省农牧系统磷元素流动特征及其影响因素分析*

余 乐1, 郭浩浩2, 付 阳3, 赵洪伟2**

(1. 江苏农牧科技职业学院 泰州 225300; 2. 海南大学生态与环境学院 海口 570228; 3. 海南大学动物科技学院 海口 570228)

探明江苏省农牧系统磷素流动特征及其影响因素, 可为农牧生产体系可持续发展提供理论依据。通过文献调研、数据分析等方式, 结合NUFER(NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use)模型, 定量分析了江苏省1998—2018年间农牧生产体系的磷素流动特征, 明确了农牧系统磷元素流动影响因素。结果表明: 1998—2018年, 江苏省农牧系统磷素输入总量由423.19 Gg下降至382.86 Gg, 主要减少的输入项为化肥和外源饲料, 其中单位耕地面积化肥磷素投入量由78.78 kg∙hm−2降至67.27 kg∙hm−2, 外源饲料磷供应量由58.07 Gg降至46.54 Gg; 农牧系统输出项中, 磷素输出总量由194.24 Gg增至255.06 Gg, 主要输出项为作物主产品和动物副产品, 其中作物主产品磷素携出量增幅较大, 由77.53 Gg增至131.86 Gg; 农田生产子系统的磷素利用率由31.82%上升至52.46%, 畜牧生产子系统的磷素利用率变化较小, 维持在27.67%~35.31%。农牧系统磷素利用率趋势与农田生产子系统的利用率趋势较为一致, 由16.55%上升至32.24%; 单位农牧产品磷素损失呈下降趋势, 由0.26 kg(P)∙kg−1下降至0.12 kg(P)∙kg−1。1998—2018年间, 江苏省农牧业发展迅速, 磷素总输入量逐年下降, 农牧产品产量逐年上升, 磷素环境总损失量(径流、侵蚀、淋溶和粪尿损失)逐年下降。受化肥投入量减少、测土配方、种植及养殖结构调整等因素影响, 农牧系统磷素利用率略高于全国平均水平, 养分管理取得初步成效, 但仍有一定的进步空间。为促进江苏省农牧业可持续发展, 应进一步控制磷肥输入、加大有机肥和本地饲料输入量、提高秸秆和畜禽粪便综合利用率、调整种植结构和养殖布局, 发展小麦、玉米、水蜜桃、草莓种植业, 限制蛋鸭养殖业。

磷素; 江苏省; 农牧系统; NUFER模型

磷元素对动植物的生长及人类营养和健康都是必不可少的[1-2], 然而自然界中磷元素含量相对较低, 难以满足中国日益增长的食品需求。为了缓解人口快速增长而带来的粮食生产压力, 自20世纪70年代以来, 中国开始大量施用磷肥[3]。这虽然在一定程度上缓解了粮食生产的压力, 却带来了新的问题, 一方面人类的大肆开采加速了磷矿的消耗[4-5], 另一方面随着磷肥大量施用、畜禽粪尿不合理排放, 大量的磷元素堆积在土壤或通过径流等途径进入水体, 导致土壤质量不断下降[6]、水体富营养化[7]乃至周边环境的富磷污染[8]。因此, 在农牧业生产过程中, 需要减少磷元素投入, 提高磷元素利用效率, 实现对磷元素的全程优化管理。

目前, 国内外已有不少学者做了相关研究。Wolf等[9]利用STONE模型模拟了磷在土壤中的迁移过程以及磷的淋溶对水体的影响, 为制定环境排放的法律法规提出了从施肥到储存环节的详细建议。Senthilkumar等[10]利用物质流分析方法, 量化了法国土壤磷流动对农业生产系统的依赖程度。Papangelou等[11]同样利用物质流分析方法绘制了布鲁塞尔首都地区粮食系统磷和能量流向, 并以情景分析评估磷和能量流以及系统的循环水平。Van Dijk等[12]以食物消费-生产-废物链和非食物流为基础分析了欧盟各国的磷流动, 为提高磷利用效率提出建议。Ma等[13]构建了食物链养分流动模型(NUFER, NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use), 并利用NUFER模型研究我国水稻(L.)、小麦(L.)和玉米(L.)生产中的磷流动和磷利用效率, 提出提高磷循环措施并评价了其对磷素利用效率的影响[14]; 张建杰等[15]将ArcGIS与之结合, 分析山西省11个地市的农牧生产体系磷空间变化特征以及环境风险, 提出以提高农牧系统耦合程度、提升磷素利用效率来实现养分的高效利用。张晓萌等[16]的研究发现东北三省的磷素利用率差异较大, 提出可通过东北三省之间协调管理, 优化资源配置, 实现可持续发展。刘东晖等[17]发现受种植结构调整的影响, 福建省化肥投入加剧, 磷素利用率下降, 农牧系统分离程度加强。

江苏省自2011年起化肥施用量逐年下降, 测土配方工作取得一定进展, 磷素利用效率升高。为进一步了解江苏省养分管理所取得的成效, 需要明确其养分流动特征。此外, 江苏地处少有人研究的长三角地区, 气候同时具有南方和北方的特征。基于此, 本文以江苏省农牧生产系统的磷元素流动为切入点, 通过文献调研、数据分析等方式, 结合NUFER模型, 对1998—2018年间江苏农牧生产体系磷素流动进行定量分析, 以期为江苏农牧生产体系磷元素优化管理和可持续发展提供科学依据。

1 材料及方法

1.1 研究区概况

江苏地处东部沿海地区, 是长江三角洲地区的重要组成部分(116°18′~121°57′E、30°45′~35°20′N)。陆域面积达10.72万km2。地形以平原为主, 主要由苏北平原、黄淮平原、江淮平原、滨海平原、长江三角洲平原组成; 湖泊众多, 地跨长江、淮河两大水系。江苏地属东亚季风气候区, 处在亚热带和暖温带的气候过渡地带, 气候温和, 雨量适中, 四季分明。1998—2018年间, 江苏省农牧业持续地向着绿色协调的方向发展, 种植、养殖结构不断调整, 2018年农业生产总值达3735.02亿元, 瓜果蔬菜的产量为6559.98万t; 畜牧业生产总值达1091.31亿元, 牲畜出栏量为1128.97万头, 家禽出栏量为54 201万只。

1.2 研究方法

本文以适用于国家或区域尺度上养分流动研究的NUFER模型[18]为基础, 以“土壤-作物-畜牧”系统为研究边界, 以磷素流动为研究对象, 定量研究江苏省农牧生产体系磷素流动情况。在本研究中, 江苏省的地理边界即为农牧生产体系的区域边界, 主要包括农田生产子系统和畜牧生产子系统两个部分,主要的研究内容包括磷元素的输入、输出和系统内磷循环。

1.3 计算方法

本文所研究的农田生产子系统磷元素输入项包括化肥输入、干湿沉降、农田灌溉、秸秆还田、粪尿还田等; 农田生产子系统输出项包括作物产品输出、环境损失(土壤径流、侵蚀、淋溶)等; 动物生产子系统磷元素输入项包括外源饲料、本地饲料等; 动物生产子系统输出项包括动物产品输出、粪尿损失等; 农牧生产系统输入项包括外源饲料、化肥输入、干湿沉降、农田灌溉; 农牧生产系统输出项包括动物产品输出、粪尿输出、作物产品输出、环境损失。体系内循环包括秸秆还田、粪尿还田和本地饲料输入等。为了更加直观地对比畜禽养殖规模的变化情况, 本文将奶牛作为标准单位LU (livestock unit), 其他动物分别按照以下比例核算成标准牛数量[19]: 肉牛, 0.8∶1; 猪, 0.3∶1; 羊, 0.1∶1; 蛋禽, 0.014∶1; 肉禽, 0.007∶1, 并将粪尿还田之外的粪尿损失视为全部进入水体[20]。此外, 本文所涉及的单位面积均为单位耕地面积。

1.3.1 农田生产子系统

输入项计算方法:

C=fer+irr+de+st+am(1)

式中:C表示农田生产子系统磷素输入总量,fer表示化肥磷素输入量,irr表示农田灌溉磷素输入量,de表示干湿沉降磷素输入量,st表示秸秆还田磷素输入量,am表示粪尿还田磷素输入量。文中所涉及的磷素输入、输出量为磷元素折纯量, 复合肥中的磷肥按照1∶1∶0.8的比例核算[21]。

输出项计算方法:

ac=C−C−rf−le(2)

式中:ac表示土壤磷素累积量,C表示作物携出磷素总量,rf表示磷素径流、侵蚀量,le表示磷素淋溶损失量。

1.3.2 畜牧生产子系统

输入项计算公式:

LF=(Cm+Cb)×feed(3)

Cb=mpro×gs×bpro(4)

IF=A−LF(5)

式中:LF表示本地饲料磷素输入量,Cm表示作物主产品磷素携出量,Cb表示作物副产品磷素携出量,feed表示饲用比例,mpro表示作物主产品产量,gs表示草谷比,bpro表示作物副产品含磷量,IF表示外源饲料磷素输入量,A表示动物体系磷元素需求量。

输出项计算公式:

A=Ampro+Abpro+am+sa(6)

式中:A表示磷输出量,Ampro表示动物主产品携出磷量,Abpro表示动物副产品收获磷量,am表示动物粪尿含磷量,sa表示动物活体储存磷量。

1.3.3 磷素利用率

PUEc=Cm/C(7)

PUEa=Ampro/(LF+IF) (8)

PUEc+a=(C+Ampro−Cm×feed)/(fer+irr+de+IF) (9)

式中:PUEc表示农田生产子系统磷素利用率, PUEa表示畜牧生产子系统磷素利用率, PUEc+a表示农牧生产系统磷素利用率。

1.4 数据来源

本文所涉及的数据主要来自统计数据、文献调研。

统计数据: 1998—2018年江苏省主要农作物产量及种植面积、耕地面积、灌溉面积、化肥使用量、主要畜禽的存栏量、出栏量等数据均来自于中国农村统计年鉴[22]、中国畜牧兽医年鉴[23]、江苏统计年鉴[24]。

文献调研: 作物主副产品含磷量、还田率、饲用比例等农田生产子系统相关参数详见表1; 干湿沉降、淋溶、径流侵蚀等相关参数详见表2; 主要畜禽饲养周期、鲜重、粪尿排磷量、各部分占比及含磷量等畜牧生产子系统相关参数详见表3。

表1 江苏省农田生产子系统主要农作物相关参数

表2 自然条件下江苏省农田生产子系统磷素输入输出项基本参数

2 结果与分析

2.1 江苏省1998—2018年农田、畜牧生产子系统磷素流动变化情况

1988年江苏省单位耕地面积化肥磷素投入量为78.78 kg∙hm−2, 1988—2018年间呈缓慢下降趋势, 逐渐降至67.27 kg∙hm−2, 下降了14.61%; 化肥在农田生产子系统输入项的比例维持在84.27%~86.90% (图1A)。1988—2018年间, 有机肥单位耕地面积磷素投入量维持在9.21~10.72 kg∙hm−2, 其在农田生产子系统输入项中的比例略有波动, 维持在9.43%~11.60%; 灌溉水输入与沉降的单位耕地面积磷素投入量基本保持不变, 其比例也基本不变(表2)。农田生产子系统的单位耕地面积磷素输入总量也呈逐渐下降趋势, 由1988年的92.80 kg∙hm−2下降至2018年的79.82 kg∙hm−2, 下降13.99%, 磷素输出总量的变化趋势与之相同。在输出项方面, 单位耕地面积土壤磷素累积量呈下降趋势, 由1988年的57.83 kg∙hm−2下降至2018年的34.68 kg∙hm−2, 下降40.03%, 其在输出项中的比例也由1988年的62.31%下降至2018年的43.45%; 而单位耕地面积的作物磷素收获量呈上升趋势, 由1988年的29.53 kg∙hm−2上升至2018年的41.87 kg∙hm−2, 增长率为28.76%, 其在输出项中的比例也由31.82%上升至52.46%。单位耕地面积的径流、侵蚀、淋溶磷素输出量维持在3.26~5.44 kg∙hm−2, 其比例维持在4.09%~ 6.12%。

表3 江苏省畜牧生产子系统主要畜禽相关参数

图中正值表示输入, 负值表示输出。In the figure, the negative values are output, the positive values are input.

在畜牧生产子系统(图1B)输入项中, 单位动物外源饲料磷量呈下降趋势, 由4.24 kg∙LU−1下降至3.21 kg∙LU−1, 其比例由73.07%下将至69.02%;单位动物本地饲料磷量由1.56 kg∙LU−1下降至1.44 kg∙LU−1, 其比例由26.93%升至30.98%。在输出项方面, 单位动物粪尿、动物产品、废水磷素携出量均有小幅度下降, 分别由2.76 kg∙LU−1、1.83 kg∙LU−1、1.21 kg∙LU−1下降至2.24 kg∙LU−1、1.59 kg∙LU−1、0.82 kg∙LU−1, 单位动物粪尿磷素携出的比例保持在47.96%左右, 动物产品比例有小幅度上升, 废水排放的比例有小幅度下降。单位输入、输出总量整体呈下降趋势, 由5.80 kg∙LU−1下降至4.65 kg∙LU−1, 下降19.83%。

2.2 江苏省1998年和2018年农牧生产系统磷素流动变化情况

1998年和2018年江苏省农牧系统磷素输入总量分别为423.19 Gg和382.86 Gg, 下降9.53%(图2)。在输入项方面, 1998年化肥磷素输入量为350.42 Gg, 占输入项82.80%, 2018年化肥磷素输入量为320.44 Gg, 占输入项83.70%, 化肥磷素输入量持续下降, 但化肥始终是农牧系统输入项的主要来源。外源饲料磷量为58.07 Gg, 占输入端13.72%, 至2018年, 外源饲料磷量为46.54 Gg, 占比12.16%。畜牧生产子系统的磷素输入量下降, 灌溉、沉降等磷素输入项略有波动。磷素输出项方面, 作物产品携出量由131.36 Gg增长至199.47 Gg, 增幅达51.73%;动物产品携出量略有下降, 粪尿损失和径流侵蚀淋溶均有不同幅度下降, 分别由11.06 Gg和24.20 Gg降至9.23 Gg和15.55 Gg, 下降了16.55%和35.74%。农牧系统磷素损失下降29.72%。农牧系统内磷素循环量整体有幅度波动, 粪尿还田量略有下降。

2.3 江苏省农牧生产系统磷素循环及利用率

1998—2018年间, 除1998年, 其余年份农牧生产体系磷素循环量变化不大(图3A), 保持在13.36 kg∙hm−2左右。秸秆还田和本地饲料的单位流动量较为一致, 可分为两个阶段, 1998—2003年呈下降趋势, 分别由4.71 kg∙hm−2和4.81 kg∙hm−2下降至3.16 kg∙hm−2和3.13 kg∙hm−2; 2003—2018年呈上升趋势, 分别由3.16 kg∙hm−2和3.13 kg∙hm−2上升至4.33 kg∙hm−2和4.38 kg∙hm−2。粪尿还田单位流动量呈缓慢波动下降趋势, 由6.00 kg∙hm−2下降至2018年的4.88 kg∙hm−2。

农田生产子系统的磷素利用率呈上升趋势(图3B), 由1988年的18.78%上升至2018年的34.68%, 畜牧生产子系统的磷素利用率变化较小, 维持在3.56%~5.59%之间。农牧生产系统磷素利用率趋势与农田生产子系统的利用率趋势较为一致, 整体呈上升趋势, 由1988年的16.55%上升至2018年的32.34%。单位农牧产品磷素损失呈下降趋势, 与农田生产子系统、农牧生产系统磷素利用率变化趋势相反, 由0.26 kg(P)∙kg−1下降至0.12 kg(P)∙kg−1。

3 讨论

3.1 江苏省农牧生产系统磷素流动驱动力分析

人均GDP是衡量社会经济发展程度的重要指标,图4A和4B说明随着经济的发展, 江苏省农牧业会逐步走上可持续发展道路。随着人们生活水平的不断提高, 民众对于肉类、蔬菜、水果等较高价值产品需求量不断增加, 农户、养殖户会逐渐放弃产出较低价值的产品, 生产附加值较高的产品。在农业政策、市场调节的影响下, 1988—2018年间江苏省蔬菜和水果的产量分别由391.1万t和144.4万t增长至5652.9万t和934.1万t。除此之外, 经济的发展会促使农牧业走向绿色发展的道路, 1998—2018年间, 江苏省化肥磷素输入在农田生产子系统输入项中的比例始终维持在84.27%以上, 低于海南岛地区的89.08%[37]; 通过政府指导农民改进施肥技术, 开展测土配方工作, 增施有机肥、生物肥, 江苏省化肥使用量逐年下降, 单位农牧产品磷素损失也呈下降趋势。图4C和4D表明江苏省小麦、玉米、水果、蔬菜种植面积的增加与化肥磷投入、磷素总损失量呈负相关, 小麦、玉米、水果、蔬菜等种植规模的改变促使化肥磷素投入降低, 同时也促使农牧系统的磷元素损失降低。与此同时, 江苏省农田生产子系统单位耕地面积作物收获量、作物收获总量不减反增, 这主要与种植结构的调整有关, 1998—2018年间, 江苏省的小麦、玉米、蔬菜等作物的种植面积增大, 水稻、薯类、大豆(L.)等作物的种植面积减小, 小麦、玉米等作物的收获投入比(主产品含磷量与成长过程中吸收磷量之比)相对较大(小麦0.44, 玉米0.43, 蔬菜0.44[28,32]), 而水稻、薯类、大豆等作物的相对较小(水稻0.18, 薯类0.044, 大豆0.20[28,32]), 更高效地利用了磷素, 这也与郑微微等[38]的研究结果相互印证。1998—2018年间, 江苏省单位耕地面积磷素施用水平维持在67.27 kg·hm−2以上, 远高于欧盟19.5 kg·hm−2[35]的标准, 高于全国均值50.14 kg·hm−2[39], 高于浙江(32.79 kg·hm−2)、江西(55.88 kg·hm−2)、福建(62.80 kg·hm−2)等地[39], 磷素施用水平位居全国前列。过量的磷肥投入使得土壤磷素累积过高, 随着江苏省种植结构的调整、磷肥施用量减少, 土壤磷素累积量逐年下降, 由57.83 kg·hm−2降至34.68 kg·hm−2。因此, 控制磷肥输入、合理施用磷肥、调整种植结构是减少环境磷素损失的有效方法。1988—2018年间, 受农牧业发展情况的影响, 农牧系统进入水体的磷元素总量呈下降趋势, 由35.26 Gg降至24.78 Gg, 农业生产子系统的径流、侵蚀、淋溶趋势保持一致, 环境损失的比例由68.64%降至62.73%, 仍是排放到水体中磷素的主要来源。图4E和4F表明家禽、猪的LU占比与总的饲料输入磷量正相关, 与单位畜禽产品的磷损失量显著负相关, 畜禽养殖的规模调整仍然无法避免饲料总量的增长, 却使得单位畜牧产品的磷损失量不断降低。江苏省的畜牧业规模从1.38×107LU发展到1.45×107LU, 其中猪、家禽的养殖数量均有不同幅度的上涨, 牛、羊的养殖数量有所下降, 饲料需求总量却呈下降趋势。其主要原因是以家禽这种饲养周期短、饲料产出投入比较高的渐渐取代牛羊这类饲料产出投入比低的。1998—2018年间, 外源饲料的占比不断下降, 本地饲料的占比逐渐上升, 但外源饲料的比例仍保持在69.02%以上, 成为畜牧业主要的养分来源。粪尿还田的比例自1998年起, 常年维持在71.20%左右, 是福建50%[17]还田比例的1.42倍, 其主要原因是江苏省政府所积极倡导的绿色农业观念以及严格的畜禽养殖污染治理、养殖废弃物资源化利用要求。

受农牧系统结构调整的影响, 江苏省农牧生产体系的磷素循环量整体呈下降趋势, 本地饲料在畜牧生产子系统输入项中的比例有所上升, 在农田生产子系统作物收获中的比例却有所下降, 畜牧生产子系统养殖规模没有萎缩, 畜牧生产子系统中的饲料利用率有所提升, 本地饲料取得了一定的发展。江苏省农田生产子系统、畜牧生产子系统、农牧生产系统磷素利用率逐年上升, 与单位农牧产品磷素损失呈下降趋势相互印证。农田生产子系统的磷素利用率与农牧生产子系统的利用率变化趋势较为一致, 表明农牧系统的磷素利用率变化主要取决于农田生产子系统。2018年江苏省农田生产子系统、畜牧生产子系统、农牧生产系统磷素利用率分别为34.68%、5.59%、32.34%, 高于福建(16.6%、4.7%、15.0%)[17]、海南(13.86%、4.78%、13.09%)[37]、东北(农牧系统磷素利用率: 黑龙江10%、吉林9%、辽宁14%)[16]等地, 农田、畜牧子系统磷素利用率低于全国水平(37%、17%), 但其农牧系统磷素利用率略高于全国水平(30%)[40]。作物种植结构的调整以及测土配方工作致使江苏省农田生产子系统磷素利用率大幅度增加, 环境损失减少; 而畜牧生产子系统磷素利用率小幅度上升, 其主要原因是畜牧业规模化养殖程度的提高, 使得畜牧业的养分管理能力增加, 更高效的使用饲料, 减少磷素损失。

3.2 磷素管理措施分析

江苏省的养分管理情况相较其他省市而言已经取得了一定的成效, 但依然存在一些不足, 故提出以下建议:

加强作物养分管理, 提升磷肥综合利用率。实现养分管理首先要控制化肥输入, 而控制化肥施用强度是其关键措施[41], 在农业生产中重点控制施用强度较大的小麦、蔬菜、水果, 而在种植区域方面则要着重控制施用强度较大的苏北地区。尽管江苏省已经开展了相应的测土配方工作, 但并未覆盖完全, 存在着进一步提升的空间, 合理调整不同作物在各个生长发育时期的施肥比例, 多次、少量施肥[38]。积极推动、应用现有的技术, 可在不使用更多肥料和其他投入的情况下, 使小麦和玉米的产量分别增加45%和70%[42]。可以在了解当地实际情况的基础上, 因地制宜, 发展相应的种植业, 优化种植业布局, 优先种植收获投入比较高的作物, 调整农业种植结构, 实行作物轮作制度, 缓解单一作物长期连作带来的土壤肥力下降、板结问题[6], 提高化肥利用效率。此外, 需鼓励农民使用有机肥, 合理施用缓控释肥, 减少养分损失, 将养分供应与作物养分需求同步, 将养分管理与良好的土壤耕作轮作间作、新作物品种的使用、作物饲养和灌溉管理实践相结合。在粮食作物方面, 鼓励种植小麦、玉米等粮食作物; 经济作物可结合江苏省特色农产品优势区, 发展水蜜桃(L.)、草莓(Duch.)种植业[43-44]。

加强对农牧生产过程中废弃物的综合利用程度,建立农牧业循环生产体系, 实现资源循环利用[45]。江苏省的畜牧业较为依赖外源饲料, 本地饲料的发展不足, 可将动物生产迁往农村地区, 充分利用作物副产品[46], 提高本地饲料发展水平, 增强有机肥对肥料的补充、替换作用。畜禽养殖规模与周围农作物种植面积相配套[47], 采取“种养结合、生态还田”模式, 将畜牧业与有机食品、绿色食品联系起来, 生产高附加值的农牧产品。此外, 可以收集畜禽粪便, 提高畜禽粪便综合利用率, 减少粪尿污染, 通过沼气池、有机肥生产等形式使之资源化、能源化[48]。还可以调整畜禽养殖比例, 泰国牲畜生态系统的总体质量平衡表明[49], 蛋鸡养殖业磷素损失最大, 而生产每吨产品磷素损失最大的是蛋鸭养殖业。因此, 可根据本地实际情况计算出每千克动物产品的环境负荷, 对畜禽养殖进行一定的调整, 限制蛋鸭养殖业等, 从而降低生态环境压力。

4 结论

1998—2018年间, 江苏省农牧生产系统磷素总输入量逐年下降, 农牧产品产量逐年上升, 磷素环境总损失量(径流、侵蚀、淋溶和粪尿损失)逐年下降。农田生产子系统单位耕地面积磷素累积量逐年下降, 磷素利用率逐年上升。畜牧生产子系统外源饲料需求量下降, 畜禽粪便损失减少, 磷素利用率小幅度增加。总体而言, 江苏省农田生产子系统和畜牧生产子系统磷素管理能力低于全国平均水平, 受化肥投入量减少、测土配方、种植及养殖结构调整等因素影响, 农牧生产系统综合管理能力略高于全国平均水平, 系统耦合性较高, 磷素利用率较高, 养分管理取得初步成效。江苏省的养分管理应进一步控制化肥输入、加大农牧系统内部养分循环、提高秸秆和畜禽粪便综合利用率, 调整种植结构和养殖布局, 发展小麦、玉米、水蜜桃、草莓种植业, 限制蛋鸭养殖业。

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Phosphorus flow characteristics and its influencing factors on the crop-livestock system of Jiangsu Province*

YU Le1, GUO Haohao2, FU Yang3, ZHAO Hongwei2**

(1. Jiangsu Agri-animal Husbandry Vocational College, Taizhou 225300, China; 2. College of Ecology and Environment, Hainan University, Haikou 570228, China; 3. College of Animal Science and Technology, Hainan University, Haikou 570228, China)

To provide a theoretical basis for the sustainable development of the crop-livestock production system in Jiangsu Province, this study explored phosphorus flow and its influencing factors. Literatures research, data analyses, combined with the NUFER model (NUtrient flow in the Food chain, Environment, and the Resource use) were used to quantitatively analyze phosphorus flow and its influencing factors in the crop-livestock production system of Jiangsu Province from 1998 to 2018. The total phosphorus inputs of the crop-livestock production system from 1998 to 2018 decreased from 423.19 Gg to 382.86 Gg, and the main reduced inputs were chemical fertilizer and exogenous feed. The fertilizer input per unit cultivated area decreased from 78.78 kg∙hm−2to 67.27 kg∙hm−2, and the supply of exogenous feed phosphorus decreased from 58.07 Gg to 46.54 Gg. The total output of phosphorus increased from 194.24 Gg to 255.06 Gg. The dominant output items were main crop products and animal by-products; the main crop products increased from 77.53 Gg to 131.86 Gg. The phosphorus utilization rate of the agricultural production subsystem increased from 31.82% to 52.46%, and the livestock production subsystem remained between 27.67% and 35.31%. The results showed that the phosphorus utilization rate of the crop-livestock production system was consistent with that of the agricultural production subsystem, which increased from 16.55% to 32.24%; phosphorus loss per unit of crop-livestock products decreased from 0.26 kg(P)∙kg−1to 0.12 kg(P)∙kg−1. From 1998 to 2018, crop-livestock husbandry in Jiangsu Province developed rapidly, the total phosphorus input decreased annually, the output of crop-livestock products increased annually, and the total phosphorus loss to the environment (runoff, erosion, leaching, and manure loss) decreased annually. Reductions in chemical fertilizer input, fertilization based on soil testing formula, and planting and breeding structure adjustments led to a slightly higher utilization rate of phosphorus in the crop-livestock production system compared to the national level. Thus, nutrient management had achieved preliminary results, but there was still some room for improvement. To promote the sustainable development of crop-livestock husbandry in Jiangsu Province, it is necessary to further control phosphate fertilizer input, increase the input of organic fertilizer and local feed, improve the comprehensive utilization rate of straw and livestock manure, adjust the planting structure and breeding layout, develop planting, and restrict breeding.

Phosphorus; Jiangsu Province; Crop-livestock production system; NUFER model

10.13930/j.cnki.cjea.200526

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X2; X171

* 江苏省“青蓝工程”优秀教学团队(苏教师函[2020]10号)、江苏省现代农业(花卉)产业技术体系泰州推广示范基地(JATS[2020]350)、校级横向课题配套项目(NSFHP201911)和海南省重大科技项目(ZDKJ2017002)资助

赵洪伟, 研究方向为养分管理与农业面源污染防治。E-mail: hwzhao@hainanu.edu.cn

余乐, 研究方向为养分资源管理。E-mail: 19870869@qq.com

2020-05-26

2021-01-27

* This study was supported by the Excellent Teaching Team and Blue Project of Jiangsu Province (Letter from Jiangsu Teachers [2020]10), Taizhou Extension and Demonstration Base of Modern Agricultural (Flower) Industrial Technology System in Jiangsu Province (JATS[2020]350), the Horizontal Project in the Level of School (NSFHP201911) and the Key Science and Technology Program of Hainan Province (ZDKJ2017002).

, E-mail: hwzhao@hainanu.edu.cn

May 26, 2020;

Jan. 27, 2021