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华北地区蛋鸡养殖产业碳排放核算

农业工程学报 2024年第12期40卷 193-201页

作者：李冬冬田培雨孙莹莹杨冬寒苏羽翱马于清田静张卫峰李扬阳中国农业大学资源与环境学院北京100193 国立首尔科学技术大学首尔01811 农业农村部农业绿色低碳重点实验室北京100193

华北地区是中国蛋鸡养殖的主要区域,摸清华北地区蛋鸡养殖产业碳排放清单,开展科学规范的蛋鸡养殖产业碳排放核算,可为中国畜牧业碳减排技术筛选和政策制定提供依据。该研究利用混合生命周期评价和联合国政府间气候变化专门委员会(inter... 详细信息

华北地区是中国蛋鸡养殖的主要区域,摸清华北地区蛋鸡养殖产业碳排放清单,开展科学规范的蛋鸡养殖产业碳排放核算,可为中国畜牧业碳减排技术筛选和政策制定提供依据。该研究利用混合生命周期评价和联合国政府间气候变化专门委员会(intergovernmental panel on climate change,IPCC)国家温室气体清单指南的相关核算方法,结合实地调研数据、GABI软件中Ecoinvent数据库和中国蛋鸡养殖业文献Meta分析数据,对华北地区蛋鸡养殖产业碳排放因子进行完善,构建出“饲料种植-蛋鸡饲养-鸡蛋包装-粪污存储-粪污处理”全生命周期的蛋鸡养殖产业碳排放核算方法。并将该方法用在华北某区域362家蛋鸡养殖场,综合分析蛋鸡养殖产业链各环节碳排放量,找到目前存在的碳排放问题,并提出碳减排建议。结果表明:1)大规模养殖场每羽蛋鸡1 a的碳排放量(以二氧化碳当量计,CO_(2)-eq)为23.0 kg,较小规模养殖场的25.6 kg和中等规模养殖场的24.4 kg少10.1%和5.7%。2)对每羽蛋鸡不同养殖环节1 a的碳排情况进行分析,发现饲料种植、蛋鸡肠道发酵、鸡蛋包装和粪便存储处理为主要排放源,排放量分别为13.0、2.2、2.2和1.2 kg。3)建议通过精准饲养,提高饲料利用率、提升畜禽粪污的处理水平、打破蛋鸡养殖固化模式等方式减少蛋鸡养殖碳排放。该研究可为蛋鸡养殖产业碳排放核算提供方法,并为制定碳减排政策提供科学依据。

关键词：动物碳排放生命周期评价蛋鸡养殖产业养殖规模区域调研

绿洲农田氮磷利用与生产水平、经济和环境效益的协同效应分析

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农业工程学报 2024年第7期40卷 152-160页

作者：李一鸣任一哲吴湘琳蒲胜海马兴旺楚天舒李晓红中国农业大学资源与环境学院北京100193 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/农业农村部西北绿洲农业环境重点实验室乌鲁木齐830091 中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学经济管理学院北京100083

提高养分利用效率是西北绿洲农业发展的重要议题之一。该研究以新疆生产建设兵团农业生产系统为研究对象,明晰农田土壤表观氮磷养分流动特征,计算2000—2020年农田氮磷养分盈亏量与利用效率;采用斯皮尔曼相关性分析法探究其养分利用与... 详细信息

提高养分利用效率是西北绿洲农业发展的重要议题之一。该研究以新疆生产建设兵团农业生产系统为研究对象,明晰农田土壤表观氮磷养分流动特征,计算2000—2020年农田氮磷养分盈亏量与利用效率;采用斯皮尔曼相关性分析法探究其养分利用与生产水平、经济效益和环境效益之间的协同效应。结果表明:1)新疆生产建设兵团农田氮、磷输入以化肥为主,而输出以秸秆、籽粒和氨挥发为主。农田氮、磷盈亏量相对较高,2020年分别为147.54和47.61 kg/hm^(2)。农田氮、磷利用效率相对较低,分别在34.33%~44.05%和39.25%~49.54%之间波动。2)新疆生产建设兵团农田养分利用与生产水平、经济效益和环境效益之间存在权衡效应,而生产水平和经济效益存在协同效应。新疆生产建设兵团农业机械化生产获得良好收益,但以养分损失、环境污染为代价。发达国家农田养分利用与生产水平、经济效益协同促进,不牺牲环境效益。因此,建议新疆生产建设兵团优化肥料用量与结构,推广智慧农业技术管控肥水。该研究可为地区农业养分管理与绿色发展提供参考。

关键词：氮磷养分利用率新疆生产建设兵团协同效应

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我国羊养殖量及其粪尿资源化利用潜力分析

农业资源与环境学报 2024年第1期41卷 155-163页

作者：邓茹丹王国英李丹阳李国学袁京中国农业大学资源与环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室北京100193

为了解我国各地区羊粪尿产量及其资源化利用潜力,本研究依据统计年鉴数据和粪尿产排污系数,估算了2021年我国各省份羊粪尿产生量、羊粪尿肥料化和能源化利用潜力,进一步测算了羊粪尿养分农田耕地负荷。结果表明,2021年全国羊粪尿总产生... 详细信息

为了解我国各地区羊粪尿产量及其资源化利用潜力,本研究依据统计年鉴数据和粪尿产排污系数,估算了2021年我国各省份羊粪尿产生量、羊粪尿肥料化和能源化利用潜力,进一步测算了羊粪尿养分农田耕地负荷。结果表明,2021年全国羊粪尿总产生量达2.91亿t,其中总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)含量分别为91.08万、19.28万t和73.89万t,可有效替代氮肥(以尿素计)255.31万t、磷肥(以P_(2)O_(5)计)108.45万t、钾肥(以K_(2)O计)191.82万t,可产沼气165.95亿m^(3),具有较高的肥料化与能源化利用潜力。青海和西藏两省份农田耕地负荷居全国第一和第二,消纳羊粪尿时,应充分考虑耕地、农牧交错带、林地和草地等多种土地类型。

关键词：羊粪尿养分肥料化能源化耕地负荷

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云南地质高背景区苹果矿质元素富集特征和营养及健康风险评价

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环境科学 2024年第9期45卷 5538-5547页

作者：刘炎樊玉刘江贾志玮万亚男李花粉孟凡乔王琪庄重中国农业大学资源与环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室北京100193

地质高背景区土壤中矿质元素含量较高,探究高背景区矿质元素在土壤-植物系统中迁移特征,评价重金属累积风险至关重要.为解析云南重金属高背景区苹果中矿质元素富集特征、营养价值和健康风险,从云南苹果主产区采集土壤和苹果点对点样品30... 详细信息

地质高背景区土壤中矿质元素含量较高,探究高背景区矿质元素在土壤-植物系统中迁移特征,评价重金属累积风险至关重要.为解析云南重金属高背景区苹果中矿质元素富集特征、营养价值和健康风险,从云南苹果主产区采集土壤和苹果点对点样品30对,测定了苹果和土壤中12种矿质元素含量.试验结果表明,土壤样品中Cd、As、Pb和Cr含量超出风险筛选值的比例依次为50%、17%、48%和30%,而苹果样品中只有ω(Pb)超过新鲜水果安全限值(0.1 mg·kg^(−1)),超标率为13.3%.除有害元素外,苹果中ω(K)、ω(Ca)、ω(Mg)、ω(Mn)和ω(Zn)较高,均值依次为1.241 g·kg^(−1)、0.045 g·kg^(−1)、0.061 g·kg^(−1)、0.648 mg·kg^(−1)和0.944 mg·kg^(−1).营养评价结果表明,食用足量苹果提供K和Cu的营养指数(INQ)均值大于2,可以作为人体摄入K和Cu的主要途径之一.健康风险评价结果显示,单一重金属目标危害系数(THQ)依次为:Cu>As>Cr>Pb>Zn>Cd;多种重金属元素危害指数(HI)小于1,表明食用苹果不会引起明显的重金属暴露风险.研究结果将为地质高背景区土壤-作物系统中矿质元素营养和健康风险提供科学依据.

关键词：苹果矿质元素营养评价健康风险评价地质高背景

DNDC模型耦合遥感技术的保护性耕作下土壤有机碳模拟

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农业工程学报 2024年第9期40卷 108-118页

作者：刘泓君许昭辉周永馨孙君龄万炜刘忠中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 华北耕地保育农业农村部重点实验室北京100193 南昌大学资源与环境学院鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室南昌330031

不同耕作措施会改变土壤有机碳储量,影响农田生态系统的碳收支。揭示自实行保护性耕作以来农田土壤有机碳的响应规律,对增加土壤碳库具有重要意义。该研究基于遥感反演技术耦合DNDC(denitrification-decomposition)模型,从县域和栅格尺... 详细信息

不同耕作措施会改变土壤有机碳储量,影响农田生态系统的碳收支。揭示自实行保护性耕作以来农田土壤有机碳的响应规律,对增加土壤碳库具有重要意义。该研究基于遥感反演技术耦合DNDC(denitrification-decomposition)模型,从县域和栅格尺度,精细刻画保护性耕作下2000-2020年吉林省土壤有机碳密度(soil organic carbon density,SOCD)的空间分布格局,并模拟不同秸秆还田情景下SOCD增长潜力。结果表明:1)20 a间土壤有机碳储量由6.08×10^(8)t增加到1.22×10^(9)t,增量主要与耕地面积扩大相关。县域尺度SOCD在4.46~98.09 t/hm^(2),栅格尺度SOCD在3.34~139.2 t/hm^(2),呈现中高北低的格局。2)保护性耕作对表层土的影响更大,0~10 cm土层的SOCD增长率最高达4.4%,>10~20 cm土层增长率最高为0.09%。3)吉林西南及中部具有巨大的SOCD增长潜力,达0.24~0.57 t/hm^(2)。研究结果可为保护性耕作政策制定提供科学参考。

关键词：秸秆遥感碳 DNDC模型情景模拟有机碳密度吉林省

微塑料与农田土壤中典型污染物的复合污染研究进展

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环境科学 2024年第2期45卷 1196-1209页

作者：侯宇晴李冰王金花宋文慧王兰君王军朱鲁生山东农业大学资源与环境学院山东省高校农业环境重点实验室泰安271018

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与... 详细信息

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与微塑料的复合污染,综述了重金属、农药和抗生素在微塑料上的吸附-解吸行为,探讨了微塑料的结构与性质、污染物的理化性质以及环境条件对重金属、农药和抗生素在微塑料上吸附-解吸行为的影响,阐述了微塑料对农田土壤中重金属、农药和抗生素生物有效性的影响及内在机制,指出了当前研究存在的问题和不足并对未来研究方向进行了展望,可为微塑料与农田土壤典型污染物复合污染的生态风险评估提供科学参考.

关键词：土壤微塑料复合污染吸附-解吸生物有效性

以粪污水热资源化为核心的高效种养结合系统分析与展望

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农业工程学报 2024年第12期40卷 1-12页

作者：徐永洞刘志丹中国农业大学水利与土木工程学院农业农村部设施农业工程重点实验室环境增值能源实验室北京100083

种养结合系统是实现养殖业和种植业可持续发展的重要途径。水热技术可以将畜禽粪污快速直接转化生产生物原油、水热炭、水相产物和气体产物,生成物分别具有燃料、土壤改良、农用杀菌剂和气体肥料应用潜力,以粪污水热资源化为核心构建的... 详细信息

种养结合系统是实现养殖业和种植业可持续发展的重要途径。水热技术可以将畜禽粪污快速直接转化生产生物原油、水热炭、水相产物和气体产物,生成物分别具有燃料、土壤改良、农用杀菌剂和气体肥料应用潜力,以粪污水热资源化为核心构建的高效种养结合系统有助于提升畜禽粪污的无害化资源化水平和消纳能力、构建生态可持续的绿色循环农业,实现畜禽粪污资源化利用、种植业和养殖的协同高效发展。该研究基于国内外近十余年的研究,系统综述了粪污水热资源化产物在种养结合生态循环农业模式中的作用和应用潜力,论述了畜禽粪污水热转化生物原油在农业内燃机中作为燃料的研究现状,阐述了水相产物作为潜在的农用杀菌剂在作物病害防控中的作用,梳理了畜禽粪污源水热炭在转化机理、理化特性和还田应用中的研究进展,分析了气相产物中的组分和用于温室种植的潜力。在此基础上总结了以粪污水热资源化为核心的高效种养结合系统面临的主要挑战,并对水热资源化产物农业循环应用的研究方向进行展望。研究为畜禽粪污水热资源化和高效种养结合系统研究提供理论参考。

关键词：畜禽粪污水热炭生物炭水热转化生物原油种养结合系统农作物病害防控

褐煤粉尘对矿区复垦土壤有机碳矿化及细菌群落的影响

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环境工程技术学报 2024年第5期14卷 1436-1443页

作者：王浩王伟薄慧娟张旭龙李泽瑾王海波张强靳东升山西农业大学资源环境学院土壤环境与养分资源山西省重点实验室中国农业大学资源与环境学院

煤粉尘沉降至地表后能够显著提高土壤有机碳含量,改变土壤理化性质和土壤微生物群落结构。通过添加褐煤粉尘的土壤培养试验,探究煤粉尘输入的有机碳对土壤有机碳矿化效果及细菌群落的影响。结果表明:在褐煤粉尘影响下,土壤CO_(2)矿化量... 详细信息

煤粉尘沉降至地表后能够显著提高土壤有机碳含量,改变土壤理化性质和土壤微生物群落结构。通过添加褐煤粉尘的土壤培养试验,探究煤粉尘输入的有机碳对土壤有机碳矿化效果及细菌群落的影响。结果表明:在褐煤粉尘影响下,土壤CO_(2)矿化量和矿化速率较对照组最大提升55.02%和54.58%(第5天);土壤易氧化有机碳和土壤微生物生物量碳含量在培养结束后较最大值分别降低40.75和141.39 mg/kg。添加褐煤粉尘导致变形菌门的相对丰度显著降低,而酸杆菌、放线杆菌和厚壁菌门的相对丰度升高。褐煤粉尘输入的有机组分能够在短期内产生激发效应,其自身被土壤细菌分解的过程也能促进土壤CO_(2)的矿化累积,并且提高土壤细菌群落的多样性和变异程度。褐煤粉尘中的有机碳极大程度参与了土壤有机碳库周转过程。

关键词：褐煤粉尘矿化过程活性有机碳官能团结构土壤细菌群落

利用随机森林和XGBoost预测华北地区冬小麦生产中的氮淋失

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中国环境科学 2024年

作者：李涛宇许秀春杨轩崔斌陈恒爱赵晓莹袁宁孟凡乔中国农业大学资源与环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室

冬小麦是我国华北地区重要的粮食作物.冬小麦生产中，过量水肥投入导致大量氮素淋失，加剧面源污染风险、造成资源浪费.为明确华北地区冬小麦生产中的氮淋失特征及影响因素，本研究整合了2000-2023年发表的、在华北地区进行的冬小麦氮... 详细信息

冬小麦是我国华北地区重要的粮食作物.冬小麦生产中，过量水肥投入导致大量氮素淋失，加剧面源污染风险、造成资源浪费.为明确华北地区冬小麦生产中的氮淋失特征及影响因素，本研究整合了2000-2023年发表的、在华北地区进行的冬小麦氮淋失试验研究，分别构建了单因素和多因素回归模型，以及基于机器学习的随机森林和XGBoost模型，对农田氮淋失进行定量分析.研究表明，氮肥和水分投入量、土壤性质（pH、粘粒和砂粒含量）是影响华北地区冬小麦生产中氮淋失的主要因素，秸秆还田能够有效抑制氮淋失.利用随机森林方法，基于全部预测变量和逐步回归筛选后预测变量构建的模型拟合优度分别为0.628和0.708，而经过贝叶斯搜参和早停法优化后构建的XGBoost模型拟合优度分别为0.745和0.722.机器学习模型构建过程中充分考虑了多因素对冬小麦生产中氮淋失的影响，采用经验统计筛选的预测指标构建的模型拟合优度高，适用性好，对于华北地区冬小麦农田氮淋失的阻控具有重要技术支撑.

关键词：冬小麦氮淋失机器学习 XGBoost 网格搜索贝叶斯搜参