全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 4 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
围垦对南汇东滩湿地大型底栖动物的影响 马长安,徐霖林,田摇 伟,等 (1007)…………………………………
基于 ArcView鄄WOE的下辽河平原地下水生态系统健康评价 孙才志,杨摇 磊 (1016)…………………………
京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征 侯摇 勇,高志岭,马文奇,等 (1028)……………………
不同辐射条件下苹果叶片净光合速率模拟 高照全,冯社章,张显川,等 (1037)…………………………………
藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应 宋春桥,游松财,柯灵红,等 (1045)…………………
祁连山中段林草交错带土壤水热特征及其对气象要素的响应 唐振兴,何志斌,刘摇 鹄 (1056)………………
祁连山青海云杉林冠生态水文效应及其影响因素 田风霞,赵传燕,冯兆东,等 (1066)…………………………
呼伦贝尔沙地樟子松年轮生长对气候变化的响应 尚建勋,时忠杰,高吉喜,等 (1077)…………………………
结合激光雷达分析上海地区一次连续浮尘天气过程 马井会,顾松强,陈摇 敏,等 (1085)………………………
福建中部近海浮游动物数量分布与水团变化的关系 田丰歌 ,徐兆礼 (1097)…………………………………
香港巨牡蛎和长牡蛎幼虫及稚贝的表型性状 张跃环,王昭萍,闫喜武,等 (1105)………………………………
东海原甲藻与中肋骨条藻的种间竞争特征 李摇 慧,王江涛 (1115)………………………………………………
起始生物量比对 3 种海洋微藻种间竞争的影响 魏摇 杰,赵摇 文,杨为东,等 (1124)……………………………
不同磷条件下塔玛亚历山大藻氮的生态幅 文世勇,宋琍琍,龙摇 华,等 (1133)…………………………………
秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应 陈书军,陈存根,邹伯才,等 (1142)……………………
伊犁河谷北坡垂直分布格局及其与环境的关系———一种特殊的双峰分布格局
田中平,庄摇 丽,李建贵 (1151)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
濒危种四合木与其近缘种霸王水分关系参数和光合特性的比较 石松利,王迎春,周红兵,等 (1163)…………
干旱胁迫下黄土高原 4 种乡土禾草抗氧化特性 单长卷,韩蕊莲,梁宗锁 (1174)………………………………
施加角担子菌 B6 对连作西瓜土壤微环境和西瓜生长的影响 肖摇 逸,王兴祥,王宏伟,等 (1185)……………
内蒙古典型草原区芨芨草群落适生生境 张翼飞,王摇 炜,梁存柱,等 (1193)……………………………………
盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系 管孝艳,王少丽,高占义,等 (1202)…………
黄土高原水蚀风蚀交错区坡地土壤剖面饱和导水率空间异质性 刘春利,胡摇 伟,贾宏福,等 (1211)…………
松嫩平原玉米带农田土壤氮密度时空格局 张春华,王宗明,居为民,等 (1220)…………………………………
小麦冬性强弱评价体系的建立 王摇 鹏,张春庆,陈化榜,等 (1230)………………………………………………
唐家河自然保护区高山姬鼠和中华姬鼠夏季生境选择的比较 黎运喜,张泽钧,孙宜然,等 (1241)……………
西花蓟马在 6 种蔬菜寄主上的实验种群生命表 曹摇 宇,郅军锐,孔译贤 (1249)………………………………
同位素富集鄄稀释法研究食性转变对鱼类不同组织 N同位素转化率的影响
曾庆飞,谷孝鸿,毛志刚,等 (1257)
……………………………………
……………………………………………………………………………
基于生态网络分析的南京主城区重要生态斑块识别 许文雯,孙摇 翔,朱晓东,等 (1264)………………………
珠三角城市绿地 CO2通量的季节特征 孙春健,王春林,申双和,等 (1273)………………………………………
污染场地地下水渗流场模拟与评价———以柘城县为例 吴以中,朱沁园,刘摇 宁,等 (1283)……………………
专论与综述
湿地退化研究进展 韩大勇,杨永兴,杨摇 杨,等 (1293)……………………………………………………………
绿洲农田氮素积累与淋溶研究述评 杨摇 荣,苏永中,王雪峰 (1308)……………………………………………
问题讨论
抗辐射菌 Deinococcus radiodurans的多样性 屠振力,方俐晶,王家刚 (1318)……………………………………
平茬措施对柠条生理特征及土壤水分的影响 杨永胜,卜崇峰,高国雄 (1327)…………………………………
研究简报
祁连山典型灌丛降雨截留特征 刘章文,陈仁升,宋耀选,等 (1337)………………………………………………
野生鸭儿芹种子休眠特性及破除方法 喻摇 梅,周守标,吴晓艳,等 (1347)………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*348*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说: 遗鸥群飞来———遗鸥意即“遗落之鸥冶(几乎是最后才被发现的新鸥种,因此得名)。 1931 年,瑞典动物学家隆伯格
撰文记述在中国额济纳采到了标本。 1987 年,中国的鸟类学家在鄂尔多斯的 桃力庙获得了一对遗鸥的标本 。 1990
年春夏之交,发现了湖心各岛上大量的遗鸥种群。 近年来的每年夏季,大约全球 90%以上的遗鸥都会 到陕西省神
木县境内的沙漠 淡水湖鄄红碱淖上聚集。 遗鸥———国家一级重点保护、CITES附录一物种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 4 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 4
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中德合作项目(BMBF FKZ: 0330847B, MOST: 2009DFA32710);农业部公益性行业专项(201103003);中德合作科研交流项目(CSC:
201005, DAAD: 50117102)
收稿日期:2011鄄01鄄04; 摇 摇 修订日期:2011鄄06鄄20
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: mawq@ hebau. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201101040006
侯勇,高志岭,马文奇,Lisa Heimann,Marco Roelcke,Rolf Nieder.京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征. 生态学报,2012,32(4):
1027鄄1036.
Hou Y, Gao Z L, Ma W Q, Lisa Heimann, Marco Roelcke, Rolf Nieder. Nitrogen flows in intensive “crop鄄livestock冶 production systems typically for the
peri鄄urban area of Beijing. Acta Ecologica Sinica,2012,32(4):1027鄄1036.
京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征
侯摇 勇1,高志岭1,马文奇1,*,Lisa Heimann2,Marco Roelcke2,Rolf Nieder2
(1. 河北农业大学资源与环境科学学院,保定摇 071001; 2. 德国不伦瑞克工业大学地理生态研究所,德国 不伦瑞克摇 38106)
摘要:城郊畜牧业的集约化发展在满足人们日益增长的肉蛋奶等动物性产品需求的同时,也带来了巨大的环境压力。 本文利用
养分流动和模型分析的方法,分析北京市郊区某村三种不同类型“农田鄄畜牧冶生产系统(大型集约化种猪场、种养结合小规模
生态养殖园和集约化单一种植区)的氮素流动特征。 结果表明:饲料是集约化种猪场和生态养殖园氮素输入的主要来源,饲料
投入氮量分别为 12469. 0 和 9268. 5 kg·hm-2·a-1);集约化种猪场农牧体系间生产脱节,致使农田氮素输入主要依赖于化肥投
入,化肥氮输入量(435. 0 kg·hm-2·a-1)占农田氮素输入量的 82. 7% 。 相反,生态养殖园农牧体系结合紧密,猪粪尿氮还田比例
达 28. 6% ,这使得园区化肥氮输入量仅为 135. 0 kg·hm-2·a-1,因此畜禽粪尿的合理循环利用可作为减少化肥投入的有效途径;
集约化种猪场、生态养殖园和单一种植区农牧生产系统氮素利用效率分别为 18. 8% 、20. 6%和 17. 3% ,均处于较低水平;集约
化种猪场猪粪尿在猪舍和储藏处理过程的氮素损失率为 15. 8%和 25. 4% ,分别低于小规模生态养殖园相应损失率约 8. 7 和
4郾 8 个百分点;生态养殖园粪肥氮还田量高,导致农田氮素盈余量高达 1962. 8 kg·hm-2·a-1,未能实现生态型养殖的理想效果,优
化氮素管理、确定合理的消纳畜禽粪尿的农田面积和调整畜禽养殖密度是解决该问题的关键。
关键词:城郊区域;集约化农业;“农田鄄畜牧冶生产系统;氮素流动特征
Nitrogen flows in intensive “crop鄄livestock冶 production systems typically for the
peri鄄urban area of Beijing
HOU Yong1, GAO Zhiling1, MA Wenqi1,*, Lisa Heimann2, Marco Roelcke2, Rolf Nieder2
1 College of Resources and Environmental Science, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China
2 Institute of Geoecology, Technische Universitaet Braunschweig, 38106 Braunschweig, Germany
Abstract: A further increasing demand for animal products is anticipated owing to the growing population, rapid
urbanization and improvement of living standards in China. This is leading to the development of large鄄scale livestock
husbandry in peri鄄urban areas at an unprecedented rate. However, the rapid development of intensive animal production has
resulted in greatly negative effects on the environment. Linking cropping and animal production systems is very important to
realize the improvement of nutrient use efficiency and reduction of resource use. Consequently, a systematic research on
“crop鄄livestock冶 production systems is urgently required to provide a scientific basis for reducing nutrient losses in China.
In this study, three types of “ crop鄄livestock冶 systems in a village typical for the peri鄄urban area of Beijing were
selected. The first type was an “ intensive pig farm冶, which included pig breeding and crop production; the second type
was so鄄called “ecological feeding gardens冶 consisting of 160 small pig holders; the third one was a “single cropping region冶
which had no animal production. The characteristics of nitrogen (N) flows in these three systems were analyzed using the
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nutrient flows method. Of the input components, purchased feeds ( IN1), chemical fertilizers ( IN2), purchased animal
manure ( IN3), atmospheric deposition ( IN4), irrigation water ( IN5) and asymbiotic nitrogen fixation ( IN6) were
considered, while sold animal products ( OUT1), crop products ( OUT2) including economic products ( OUT2a) and
byproducts (OUT2b), animal manure (OUT3) and nitrogen losses from animal excreta during animal housing (OUT4) and
manure storage (OUT5) were defined as output components of the “crop鄄livestock冶 production system. In addition, self鄄
produced feeds (Inter1), recycled manure (Inter2) and crop residues incorporated into fields (Inter3) were considered as
the internal components. Nitrogen use efficiencies ((OUT1+OUT2a) / total N inputs ( IN1—IN6)) were used to estimate
the sustainability of the “crop鄄livestock冶 systems.
The results showed that purchased feeds ( IN1) were the dominant component of N inputs to the “ crop鄄livestock冶
systems both in “ intensive pig farm冶 and “ ecological feeding gardens冶 types. Nitrogen input in purchased feed was
12469郾 0 kg·hm-2·a-1, accounting for 95. 9% of total N input in the former type, and in the latter type it was 9268. 5
kg·hm-2·a-1, which accounted for 97. 6% of total N input. The N application rate of chemical fertilizers ( IN2) in the
“intensive pig farm冶 was 435. 0 kg·hm-2·a-1, comparing to the corresponding value of 135. 0 kg·hm-2·a-1 in the
“ecological feeding gardens冶 . The lower chemical fertilizer N application rate in the latter was attributed to the recycling of
manure N ( Inter2), where 28. 6% of the total excreted N was applied to crops. Consequently, this confirmed that the
recycling of manure N is an efficient way to reduce the application rate of chemical N fertilizer.
However, low nitrogen use efficiencies of 18. 8% , 20. 6% and 17. 3% for the “ intensive pig farm冶, “ ecological
feeding gardens冶 and “single cropping region冶 types, respectively, were found over the study period. This can be partly
explained by the relatively high N losses from animal excreta during animal housing (OUT4) and manure storage (OUT5),
accounting for 15. 8% and 25. 4% of animal excreted N in the “intensive pig farm冶, respectively, even though they were
8. 7 and 4. 8 percentage points lower than those from the “ ecological feeding gardens冶 . Positive cropland N balances
resulted across all three types of “crop鄄livestock冶 systems, especially in the “ecological feeding gardens冶 where the annual
nitrogen surplus reached 1962. 8 kg·hm-2·a-1, indicating that the purpose of “ ecological冶 feeding was not achieved as
planned. It is concluded that a proper animal stocking density associated with the optimization of N management and an
appropriate amount of cropland for animal manure recycling are the keys to solve this issue.
Key Words: peri鄄urban area; intensive agriculture; the “crop鄄livestock冶 production system; nitrogen flow
随着我国人口剧增、城镇化进程加快以及人民生活水平的提高,肉蛋奶等动物性产品在人们食品消费中
所占的比例也随之增加,从而促进了城市郊区畜牧业的快速发展。 畜牧生产模式也由低生产力的农户分散养
殖模式转向高生产力的集约化规模养殖模式。 然而,这种转变在不断满足人们需求的同时,也导致畜牧养殖
与环境保护之间的矛盾日益突出[1鄄3]。 农田和畜牧体系分别作为农业生态系统的初级生产者和次级生产者,
两者之间具有明显的相互依赖和相互制约关系。 实行农牧结合能够使养分资源在农业生态系统中的利用更
趋于合理化,以减少资源的浪费[4鄄5]。 Velthof[6]和 Oenema[7]等研究结果表明,通过综合评价“农田鄄畜牧冶生产
系统的养分流动状况,阐明养分流动特征,对于解决其养分损失和环境污染问题具有重要指导作用。 然而,我
国农业生态系统养分管理的研究仅局限于农田和畜牧各体系内,针对农牧结合生产系统养分流动的综合评价
尚不多见。 阐明城市郊区集约化“农田鄄畜牧冶生产系统的养分流动规律,对于优化区域养分资源配置以及协
调畜牧发展与生态环境之间的关系等有着重要的指导意义。 本文以北京郊区某集约化养殖村为例,分析 3 种
典型“农田鄄畜牧冶生产系统的氮素流动特征,综合评价环境污染潜力,探讨氮素资源优化管理策略,从而为研
究区域畜牧业集约化发展的合理规划、降低环境污染潜力以及实现农业生态系统的良性循环提供科学依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区域
摇 摇 本研究选择北京市郊区某村作为试验点,该村位于京郊北部,距北京市区 30 km,总耕地面积 268. 5 hm2,
9201摇 4 期 摇 摇 摇 侯勇摇 等:京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征 摇
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属暖温带半湿润的大陆性季风气候,年均气温 11. 5益,年降雨量约 600 mm,土壤类型以冲积性潮褐土为主。
根据养殖规模和经营方式的差异将试验点农业生产系统划分为以下 3 种类型:一是大型集约化种猪场,
其特点是配备有猪粪尿沼气处理工程,此外还包括小麦、玉米轮作农田 9. 5 hm2。 2009 年种猪场母猪年存栏
量 1280 头,种猪和育肥猪年出栏总量为 15525 头;二是农牧结合小规模生态养殖园,其特点是以户为单位集
中经营,每户猪舍前均种植玉米、白菜等作物。 2009 年园区总农户数为 160 户,每户占地约 0. 2 hm2,园区母
猪年存栏量 1712 头,仔猪和育肥猪年出栏总量为 25962 头,农田种植面积 25. 3 hm2;三是集约化单一种植生
产系统,其特点是仅种植作物未经营畜禽养殖。 单一种植区主要包括两个种植基地,分别为果树种植基地和
玉米良种培育基地,还包括少量以玉米、白菜轮作为主的小型农户,单一种植区农田耕地面积 35. 8 hm2。
1. 2摇 系统的界定
本研究通过文献资料分析、实地调研和专家建议构建了“农田鄄畜牧冶生产系统氮素养分流动模式(图 1)。
化肥、购买粪肥、大气沉降、灌溉、生物固氮和购买饲料为该系统的外源输入项,作物产品、动物活体、出售或运
出农场的畜禽粪尿以及粪尿在禽舍和储藏处理过程中的损失为该系统的输出项。 “农田鄄畜牧冶生产系统包括
农田和畜牧两个子体系。 子体系内和子体系间也存在氮素的循环流动,将其视为“农田鄄畜牧冶生产系统内部
循环。 子体系内氮素循环如农田收获副产品的还田,子体系间氮素循环如农田收获主副产品作饲料(自给饲
料)以及畜禽粪尿返还农田(还田粪尿)。
图 1摇 “农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动模式
Fig. 1摇 Demonstration of nitrogen flow in the “crop鄄livestock冶 production system
1. 3摇 模型算法和数据来源
1. 3. 1摇 畜牧体系氮素流动模型算法和数据来源
(1)输入项
饲料氮投入量=日饲料投入量伊饲养天数伊饲料含氮量
(2)输出项
摇 摇 摇 摇 摇 摇 猪活体含氮量=猪活体重伊(可食部分所占比例伊可食部分含氮量+骨所占比例伊
摇 骨含氮量+副产品所占比例伊副产品含氮量)
出栏商品猪粪尿排氮量=饲料氮投入量+初始活体含氮量-出栏时活体含氮量
存栏母猪粪尿排氮量=饲料氮投入量+年初活体含氮量-产仔活体含氮量-年末活体含氮量
猪粪尿氮损失量=猪舍和储藏过程粪尿氮挥发损失量+猪舍和储藏过程污水排氮量
不同生育期日饲料投入量和饲料含氮量存在差异,因此本研究以生育期为单位计算饲料氮投入量。 猪舍
和储藏过程粪尿氮挥发损失算法参照刘东等研究结果[8]。 种猪场经猪舍排放的污水全部通过管道转移至沼
气处理厂,因此本文假定猪舍内不存在污水向环境的排放,沼气处理后的污水排放氮量可由污水排放量与污
水含氮量得[9]。 生态养殖园猪舍内污水排氮量的算法和参数参考第一次全国污染源普查结果,粪尿储藏处
理过程中污水排氮量算法参考 Oenema等研究结果[7]。
养殖数量、日饲料投入量、饲料种类与配比、浓缩饲料含氮量、各生育期饲养天数、不同生育期猪活体重、
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沼气处理厂污水排放量、猪舍结构以及粪尿储藏方式等数据通过实地调查获得;除浓缩饲料外其他饲料的含
氮量来源于《中国饲料成分及营养价值表》 [10];可食部分、骨和副产品比例以及各部分含氮量参考刘晓利研
究结果[11]。
1. 3. 2摇 农田体系氮素流动模型算法和数据来源
(1)输入项
化肥输入氮量=化肥施入量伊化肥含氮量
还田粪尿输入氮量=猪粪尿排氮量伊还田比例
购买粪肥输入氮量=购买粪肥施入量伊粪肥含氮量
灌溉输入氮量=灌溉量伊灌溉水含氮量
作物副产品还田氮量=作物副产品收获氮量伊还田比例
(2)输出项
作物主产品收获氮量=主产品产量伊主产品含氮量
作物副产品收获氮量=主产品产量伊副产品与主产品质量比值伊副产品含氮量
化肥施入量、化肥含氮量、购买粪肥施入量、猪粪尿还田比例、灌溉量、作物主产品产量和副产品还田比例
通过实地调查获得;购买粪肥含氮量参考《中国有机肥料养分数据集》 [12];灌溉水含氮量参考刘宏斌[13]和李
玉堂[14]等研究成果;大气沉降输入氮量来源于 Zhang[15]和 Shen[16];生物固氮量参考鲁如坤等研究结果[17]。
小麦、玉米籽粒含氮量通过文献数据搜集并取其平均值得[18鄄21]。 秸秆含氮量来源于《中国有机肥料养分数据
集》 [12];小麦玉米秸秆籽粒比采用常用的 1. 1 和 1. 2[22];水果果实含氮量来源于《中国食物成分表》 [23];蔬菜
植株含氮量和收获指数参考张晓晟研究成果[24]。
1. 4摇 氮素流动评价指标
本研究选用流量指标来描述“农田鄄畜牧冶生产系统各流动项之间氮素的转移和交换状况。 此外,选择效
率指标描述各养分库中氮素产出数量和投入数量的关系。 在农田体系中,氮素利用效率是指作物主产品收获
带走氮量占总输入氮量的比率;在畜牧体系中,动物活体含氮量与总饲料投入氮量的比例用来表示畜牧体系
氮素利用效率;而“农田鄄畜牧冶生产系统的氮素利用效率是指作物主产品收获氮量与动物活体含氮量之和占
系统总输入氮量的比率。 废弃物养分循环利用是减少系统养分环境排放的有效途径,因此,本研究选用畜牧
体系氮素循环效率即循环到农田的畜禽粪尿氮量占畜牧体系总粪尿排氮量的比率来描述系统氮素的循环利
用状况。
2摇 结果与分析
2. 1摇 各生产系统氮素流向和流量分析
2009 年 3 种类型“农田鄄畜牧冶生产系统单位面积(农田面积)氮素流动账户见图 2 所示。 由图 2 可知:1)
大型集约化种猪场畜牧体系氮素输入量 12469. 0 kg·hm-2·a-1全部来源于购买的饲料,饲料氮占农牧结合系统
氮素输入量的 95. 9% ;农田体系氮素输入量 529. 5 kg·hm-2·a-1,化肥氮贡献率达到 82. 7% ;作物产品和猪粪
尿均被出售或运出农场,未形成子体系间养分循环。 2)种养结合小规模生态养殖园畜牧体系氮素输入量
(9268. 5 kg·hm-2·a-1)同样全部来源于购买的饲料,饲料氮占农牧结合系统氮素输入量的 97. 6% ;与种猪场不
同,生态养殖园猪粪尿排氮量(7530. 4 kg·hm-2·a-1)的 28. 6%返还农田,且还田粪尿氮量占农田体系氮素输入
量的 90. 4% ;在输出项中,作物主副产品收获氮量仅占农田氮素输入量的 17. 7% 。 3)集约化单一种植区农田
体系氮素输入量为 561. 9 kg·hm-2·a-1,化肥作为主要氮素输入项其贡献率(50. 5% )远超过粪肥氮贡献率
(17. 0% )。
2. 2摇 各生产系统氮素利用效率的分析
由表 1 可见,无论是大规模集约化种猪场还是小规模种养结合生态养殖园,两者“农田鄄畜牧冶生产系统氮
素利用效率均处于较低水平。生态养殖园农田体系氮素利用效率仅为9. 2% ,明显低于其他两集约化生产系
1301摇 4 期 摇 摇 摇 侯勇摇 等:京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征 摇
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图 2摇 2009 年各生产系统单位面积氮素流动账户(kg·hm-2·a-1)
Fig. 2摇 Nitrogen flows of different production systems in the study area in 2009
表 1摇 2009 年各生产系统氮素利用效率
Table 1摇 Nitrogen use efficiencies of different production systems in the study area in 2009
农业生产系统
Agricultural production system
氮素利用效率 Nitrogen use efficiency / %
农田体系
Cropping system
畜牧体系
Livestock system
“农田鄄畜牧冶生产系统
“Crop鄄livestock冶 system
集约化种猪场 Intensive pig farm 34. 0 18. 1 18. 8
生态养殖园 Ecological feeding gardens 9. 2 18. 7 20. 6
单一种植区 Single cropping region 17. 3 17. 3
统的农田体系氮素利用效率,原因在于生态养殖园农田体系年均氮素输入量(以还田粪尿为主要来源)高达
2385. 5 kg·hm-2·a-1,远远超出园区作物生长的需求量(图 2b)。 但值得一提的是,猪粪尿的循环再利用使得生
2301 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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态养殖园“农田鄄畜牧冶生产系统氮素利用效率与农田或畜牧子体系氮素利用效率相比有所提高。 相反,由于
猪粪尿未出现子体系间循环,集约化种猪场“农田鄄畜牧冶生产系统氮素利用效率明显低于农田体系氮素利用
效率。
2. 3摇 各生产系统氮素流动造成的环境压力
就畜牧体系粪尿氮损失率而言,大型集约化种猪场猪粪尿在禽舍和储藏处理过程的氮素损失率分别是
15. 8%和 25. 4% ,生态养殖园猪粪尿在相应过程的氮素损失率分别为 24. 5%和 30. 2% ,表明无论是猪舍还是
粪尿储藏处理过程中,大型集约化种猪场粪尿氮损失率均低于生态养殖园相应的损失率。 然而,通过单位面
积粪尿氮损失量的比较发现(图 2a和图 2b),大型集约化种猪场粪尿储藏过程的氮损失量高出生态养殖园粪
尿相应的氮损失量,主要原因是种猪场猪粪尿经沼气处理后产生的沼液未经污水处理,而是直接以废弃物的
形式排放入周围环境。
本研究区域各生产系统均出现农田氮盈余现象,其中生态养殖园农田单位面积氮盈余量高达 1962. 8
kg·hm-2·a-1,分别是集约化种猪场和单一种植区农田氮盈余量的 8. 4 倍和 5. 6 倍。 由此可见,种养结合小规
模生态养殖园农田氮盈余问题严重。 通过对生态养殖园 26 个农户的养殖密度与农田单位面积氮盈余量的关
系分析(图 3),发现两者呈极显著正相关( r=0. 5869,P<0. 01)。 然而,作物收获带走氮量与农田氮盈余量之
间不存在显著相关( r=0. 1054,P>0. 05)(图 4)。 因此,种养结合生态养殖园的农田氮盈余问题与畜牧体系的
生产管理密切相关。
摇 图 3摇 生态养殖园畜禽养殖密度与农田氮盈余的关系
Fig. 3 摇 Relationship between animal stocking density and
cropland N surplus in “Ecologic feeding gardens冶
摇 图 4摇 生态养殖园作物收获氮量与农田氮盈余的关系
Fig. 4 摇 Relationship between N output with crop harvested and
cropland N surplus in “Ecologic feeding gradens冶
3摇 讨论
大型集约化种猪场“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流量与流向分析结果表明,农田子体系和畜牧子体系之间
生产严重脱节。 猪粪尿经沼气处理后产生的沼液、沼渣等有机资源未能在场内得到循环利用,致使农田体系
氮素输入全部依靠外源氮的投入,其中 82. 7%的氮素来源于化肥,不必要的化肥投入增加了作物生产的成
本,而且大量有机资源未能被利用也加剧了周围环境的污染潜力。 相比之下,生态养殖园农牧生产体系结合
较紧密,猪粪尿氮还田比例达到 30%左右,这也使得园区农田单位面积化肥氮输入量仅为 135. 0 kg·hm-2·a-1,
占农田体系氮素输入量的 5. 7% 。 同样地,Liang[25]等研究结果表明,日本 Mikasa市奶牛生产系统粪尿的循环
利用有效地降低了农田化肥氮的投入量近 70 个百分点。 因此,本研究认为大型集约化种猪场产生的沼液、沼
渣等有机资源如得到合理的循环利用不但可以减少农田化肥氮投入同时还可以降低畜禽体系生产过程的环
境排放。
本研究区域三种生产体系均存在不同程度的农田氮盈余,虽然原因各不相同,但主要原因均为肥料氮
(化肥和粪肥)投入量超过了作物生长的需求量。 一般认为,农田盈余的氮素去向有两种可能,一是残留在土
壤中供下一季作物利用,二是排入大气和水体造成环境污染。 目前,国际上已经把农田氮素盈余量作为评价
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农田氮素环境排放代价和污染潜力的重要指标,也成为许多发达国家制定环境保护相关法律法规的主要依
据。 例如,基于土壤质地和农田类型不同,荷兰政府规定砂质和粘质农田氮素年盈余限量值分别为 60
kg·hm-2·a-1和 100 kg·hm-2·a-1,超过此标准会产生环境污染风险[26]。 Sun[27]等建议采用农田氮素年盈余量
100 kg·hm-2·a-1和 180 kg·hm-2·a-1,分别作为中国农田评价潜在环境污染和高风险环境污染的指标。 从本研
究结果看,三种生产体系氮盈余量均超过了上述限量标准,存在比较高的环境污染风险。 因此,3 种生产体系
应将氮素优化管理放到重要位置,以降低氮素盈余量以及由此带来的环境污染风险。
种养结合小规模生态养殖园建设的最初目的是建立一个“饲料鄄生猪鄄粪尿鄄饲料冶的生态型农业生产模
式,以提高畜禽粪尿资源的综合利用,促进养分的良性循环,最终实现种植业和养殖业的协调发展。 然而本研
究发现生态养殖园存在严重的农田氮盈余问题,单位面积氮盈余量高达 1962. 8 kg·hm-2·a-1,原因在于园区粪
尿排泄量已远远超过了配套农田的消纳量,因此无法达到生态养殖的理想效果。 部分研究已表明我国养殖业
发达区域养殖场附属的耕地面积与其饲养规模不匹配的问题日益严重[28]。 此外,本研究发现养殖密度是影
响农牧结合生产系统农田氮盈余的主要因素之一,这与 Bassaninno[29]和韩宇峰[30]等研究结果相一致。 由此
可见,确定合理的消纳畜禽粪尿的农田面积和调整畜禽养殖密度成为解决生态养殖园农田养分盈余问题的关
键。 为了减少硝态氮向水体的迁移,欧盟硝酸盐法令规定施入农田的畜禽粪尿氮量的不能超过 170 kg·hm-2·
a-1。 如果以此限量标准作为该生态养殖园区农田粪尿氮的承载极限值,那么在保持养殖规模和还田比例不变
的情况下,需要配套的农田面积约为 300 hm2,农田体系氮素利用效率同时提高至 54. 7% 。 沈根祥[31]等基于
农田氮磷养分管理确定出栏万头生猪需要匹配的粮食作物农田面积约为 230—350 hm2,与本研究计算结果相
符(生态养殖园生猪年出栏量万头以上)。 但由于城郊区域耕地需求紧迫,同时单位耕地动物产品产出所带
来的经济效益往往高于作物产品,所以基于农场或农户尺度考虑,通过缩小养殖规模或扩大农田种植面积以
实现环境友好的目标,在实际操作上可能存在一定的难度。 在这种情况下,将多余的畜禽粪尿运往周围缺肥
区域可以视为解决该问题的方法之一。 以本研究区域为例,集约化单一种植区农田体系氮素输入以化肥氮为
主,粪肥氮输入量仅占 17. 0% ,假设将园区部分猪粪尿施入单一种植区农田,不但可以减少种植区化肥投入
量,而且还能缓解生态养殖园高粪肥投入问题。
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6301 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 4 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The influence of a reclamation project on the macrobenthos of an East Nanhui tidal flat
MA Changan, XU Linlin, TIAN Wei, et al (1007)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Ecological health assessment of groundwater in the lower Liaohe River Plain using an ArcView鄄WOE technique
SUN Caizhi, YANG Lei (1016)
………………………
……………………………………………………………………………………………………
Nitrogen flows in intensive “crop鄄livestock冶 production systems typically for the peri鄄urban area of Beijing
HOU Yong, GAO Zhiling, MA Wenqi, et al (1028)
……………………………
………………………………………………………………………………
The simulation of leaf net photosynthtic rates in different radiation in apple canopy
GAO Zhaoquan,FENG Shezhang, ZHANG Xianchuan, et al (1037)
……………………………………………………
………………………………………………………………
Phenological variation of typical vegetation types in northern Tibet and its response to climate changes
SONG Chunqiao, YOU Songcai, KE Linghong, et al (1045)
………………………………
………………………………………………………………………
Soil moisture and temperature characteristics of forest鄄grassland ecotone in middle Qilian Mountains and the responses to
meteorological factors TANG Zhenxing, HE Zhibin, LIU Hu (1056)………………………………………………………………
Eco鄄hydrological effects of Qinghai spruce (Picea crassifolia) canopy and its influence factors in the Qilian Mountains
TIAN Fengxia, ZHAO Chuanyan, FENG Zhaodong, et al (1066)
………………
…………………………………………………………………
Response of tree鄄ring width of Pinus sylvestris var. mongolica to climate change in Hulunbuir sand land,China
SHANG Jianxun, SHI Zhongjie, GAO Jixi, et al (1077)
………………………
…………………………………………………………………………
Analysis of a dust case using lidar in Shanghai MA Jinghui, GU Songqiang, CHEN Min, et al (1085)………………………………
Relating the distribution of zooplankton abundance in the coastal waters of central Fujian Province to the seasonal variation of
water masses TIAN Fengge, XU Zhaoli (1097)……………………………………………………………………………………
Phenotypic traits of both larvae and juvenile Crasstrea hongkongensis and C. gigas
ZHANG Yuehuan, WANG Zhaoping, YAN Xiwu, et al (1105)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Inter鄄specific competition between Prorocentrum donghaienseand Skeletonema costatum LI Hui, WANG Jiangtao (1115)……………
Effects of initial biomass ratio on the interspecific competition outcome between three marine microalgae species
WEI Jie,ZHAO Wen,YANG Weidong,et al (1124)
……………………
…………………………………………………………………………………
On the ecological amplitude of nitrate of Alexandrium tamarense at different initial phosphate concentrations in laboratory cultures
WEN Shiyong,SONG Lili,LONG Hua,et al (1133)
…
…………………………………………………………………………………
Time lag effects and rainfall redistribution traits of the canopy of natural secondary Pinus tabulaeformis on precipitation in the
Qinling Mountains, China CHEN Shujun, CHEN Cungen, ZOU Bocai, et al (1142)……………………………………………
The vertical distribution of vegetation patterns and its relationship with environment factors at the northern slope of Ili River Valley:
a bimodal distribution pattern TIAN Zhongping, ZHUANG Li, LI Jiangui (1151)………………………………………………
Comparative analysis of water related parameters and photosynthetic characteristics in the endangered plant Tetraena mongolica
Maxim. and the closely related Zygophyllum xanthoxylon (Bunge) Maxim.
SHI Songli, WANG Yingchun, ZHOU Hongbing, et al (1163)
………………………………………………………
……………………………………………………………………
Antioxidant properties of four native grasses in Loess Plateau under drought stress
SHAN Changjuan, HAN Ruilian, LIANG Zongsuo (1174)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
The effects of the addition of Ceratobasidum stevensii B6 and its growth on the soil microflora at a continuously cropped water鄄
melon (Citrullus lanatus) site in China XIAO Yi, WANG Xingxiang, WANG Hongwei, et al (1185)…………………………
Suitable habitat for the Achnatherum splendens community in typical steppe region of Inner Mongolia
ZHANG Yifei, WANG Wei, LIANG Cunzhu, et al (1193)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Spatio鄄temporal variability of soil salinity and its relationship with the depth to groundwater in salinization irrigation district
GUAN Xiaoyan,WANG Shaoli,GAO Zhanyi,et al (1202)
…………
…………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of soil saturated hydraulic conductivity on a slope of the wind鄄water erosion crisscross region on the Loess
Plateau LIU Chunli, HU Wei, JIA Hongfu, et al (1211)…………………………………………………………………………
Spatial and temporal variations of total nitrogen density in agricultural soils of the Songnen Plain Maize Belt
ZHANG Chunhua, WANG Zongming, JU Weimin, et al (1220)
…………………………
…………………………………………………………………
The evaluation system of strength of winterness in wheat WANG Peng, ZHANG Chunqing, CHEN Huabang, et al (1230)…………
A comparison of summer habitats selected by sympatric Apodemus chevrieri and Apodemus draco in Tiangjiahe Nature Reserve,
China LI Yunxi, ZHANG Zejun, SUN Yiran,et al (1241)…………………………………………………………………………
Life tables for experimental populations of Frankliniella occidentalis on 6 vegetable host plants
CAO Yu, ZHI Junrui, KONG Yixian (1249)
………………………………………
………………………………………………………………………………………
Effect of diet switch on turnover rates of tissue nitrogen stable isotopes in fish based on the enrichment鄄dilution approach
ZENG Qingfei, GU Xiaohong,MAO Zhigang,et al (1257)
……………
…………………………………………………………………………
Recognition of important ecological nodes based on ecological networks analysis: A case study of urban district of Nanjing
XU Wenwen, SUN Xiang, ZHU Xiaodong, et al (1264)
…………
……………………………………………………………………………
Seasonal characteristics of CO2 fluxes above urban green space in the Pearl River Delta, China
SUN Chunjian, WANG Chunlin, SHEN Shuanghe, et al (1273)
………………………………………
…………………………………………………………………
Simulation and evaluation of groundwater seepage in contaminated sites:case study of TuoCheng County
WU Yizhong, ZHU Qinyuan, LIU Ning, LU Genfa, DAI Mingzhoet al (1283)
………………………………
……………………………………………………
Review and Monograph
Recent advances in wetland degradation research HAN Dayong, YANG Yongxing, YANG Yang, LI Ke (1293)……………………
A review concerning nitrogen accumulation and leaching in agro鄄ecosystems of oasis
YANG Rong, SU Yongzhong, WANG Xuefeng (1308)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Discussion
The diversity of the radio鄄resistant bacteria Deinococcus radiodurans TU Zhenli, FANG Lijing, WANG Jiagang (1318)………………
Effect of pruning measure on physiology character and soil waters of Caragana korshinskii
YANG Yongsheng, BU Chongfeng, GAO Guoxiong (1327)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Scientific Note
Characteristics of rainfall interception for four typical shrubs in Qilian Mountain
LIU Zhangwen, CHEN Rensheng, SONG Yaoxuan, et al (1337)
………………………………………………………
…………………………………………………………………
Dormancy break approaches and property of dormant seeds of wild Cryptotaenia japonica
YU Mei, ZHOU Shoubiao, WU Xiaoyan, et al (1347)
………………………………………………
……………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
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第 32 卷摇 第 4 期摇 (2012 年 2 月)
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