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2018年 第51卷 第3期 刊出日期：2018-02-01

  

农牧系统养分管理

导读：农牧系统养分管理

马林，马文奇，张福锁

中国农业科学. 2018, 51(3):  401-405.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.001

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对本刊所登15篇论文的内容做了介绍。

中国农牧系统养分管理研究的意义与重点

马林，柏兆海，王选，曹玉博，马文奇，张福锁

中国农业科学. 2018, 51(3):  406-416.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.002

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中国由于农牧分离和不合理的养分管理方式导致了农田硝酸盐淋失、水体富营养化、氨挥发和温室气体排放等环境问题日益严重。研究中国“土壤-作物-畜牧业”生产系统（即农牧系统）养分流动特征，通过优化农牧系统养分管理，保持养分合理流动与循环，减少各个环节的养分环境排放，提高系统利用率是农牧业可持续发展的关键，也可为“化肥减施”、“有机肥替代化肥”、“畜禽养殖废弃物资源化利用”和“面源污染阻控”等国家行动提供科学依据。本文对中国农牧系统养分投入、利用率和环境排放等特征、国内外农牧系统养分管理研究进展进行了分析，提出中国农牧系统养分管理研究重点。目前中国农牧系统养分流动特征是过渡依赖化肥养分投入提高粮食和饲料产量，进而支持集约化畜牧业发展；而农牧分离的生产方式导致了农牧系统养分流动效率低，环境排放高；都市圈及其周边是排放的热点区域。国际研究经验表明，农牧结合是可持续集约化农业的必然出路，农牧结合的核心是通过改善畜禽粪尿管理，减少养分的损失和提高养分在农田循环的比例和数量。兼顾提高农牧业生产力和保护环境的“土壤-作物-畜牧业”系统养分管理已经成为全球关注的焦点。未来，中国农牧系统养分管理研究应包括：（1）典型农作系统“土壤-作物-畜牧”系统养分流动规律和环境效应的定量研究；（2）有机肥替代化肥机理与调控途径研究；（3）畜禽粪尿养分循环利用机理和减排技术研究；（4）高产高效“土壤-作物-畜牧”系统设计研究。

东北地区农牧系统氮、磷养分流动特征

张晓萌，王寅，焉莉，冯国忠，高强

中国农业科学. 2018, 51(3):  417-429.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.003

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【目的】东北地区是中国重要的商品粮基地及畜牧产品生产地，农牧产品大量生产影响养分流动的趋势，而不同地区的养分流动又存在一定差异，明确不同地区农牧系统养分流动特征，揭示其存在的问题，并针对不同的流动特征提出合理的优化策略，为区域农牧系统氮、磷养分的管理提供理论依据。【方法】通过整理1984—2014年统计资料数据和查阅相关文献参数，利用NUFER模型（nutrient flows in food chain, environment and resources use），以东北地区3个省份的农牧系统为研究对象，估算各省域农牧系统中氮、磷养分的流量、损失量，并对各省域氮、磷养分的循环利用情况、损失途径及利用率作出综合评价，探究东北地区氮、磷养分在农牧生产系统中变化趋势及特征。【结果】1984年吉林、辽宁、黑龙江地区农牧系统氮素总输入量分别为669、746、716 Gg；磷素总输入量分别为121、222、169 Gg，至2014年氮素输入量增长至1 899、1 572、2 256 Gg；磷素输入量达到471、393、769 Gg，氮、磷养分的投入量表现为黑龙江＞吉林＞辽宁。氮素养分损失率吉林地区最高，磷素养分损失率辽宁地区最高。氮、磷养分循环再利用方面，吉林地区的循环利用率最高，辽宁地区最低。近30年，吉林、辽宁、黑龙江地区农田生产系统氮素养分利用率分别下降10%、11%、32%；磷素养分利用率分别下降16%、2%、23%。畜禽生产系统中，氮素养分的利用率分别增加3%、11%、10%，磷素养分利用率分别增加0.8%、1.9%、3.2%。农牧结合生产系统氮素养分利用率分别由1984年的26%、36%、52%降至2014年的13%、21%、22%，整体表现为黑龙江＞辽宁＞吉林；磷素养分利用率由1984年的25%、25%、31%降至2014年的9%、14%、10%，表现为辽宁＞黑龙江＞吉林。【结论】1984—2014年，东北地区农牧系统氮、磷养分投入大幅增加，不同省域间表现出明显差异。黑龙江地区的氮、磷养分可利用总量均最高，而氮、磷养分的循环再利用率则表现为吉林地区最高。东北地区农牧结合系统中，黑龙江地区氮素利用率高于其他地区，辽宁地区的磷素利用率高于吉林和黑龙江地区。吉林和辽宁地区的氮、磷养分损失率分别高于其他地区。因此，需要针对不同地区的养分流动特征提出农牧管理方面合理化建议，为东北地区的农牧业可持续发展提供依据。

都市圈“土壤-饲料-动物”系统养分流动与环境效应——以北京市为例

魏莎，柏兆海，吴迪梅，夏立江，江荣风，马林

中国农业科学. 2018, 51(3):  430-441.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.004

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【目的】随着中国城市化进程的加快和经济的快速发展，人们对食品的需求和饮食结构发生了明显变化。城郊农牧生产的集约化发展在满足人们日益增长的对动物性产品和高品质植物性产品需求的同时，也带来了严重的资源浪费和环境污染问题。论文通过分析都市圈“土壤-饲料-动物”体系养分流动和环境排放特征，为养分资源综合管理、促进农牧结合和保护生态环境等提供科学建议。【方法】通过对北京市生猪（92个）、奶牛（28个）、肉牛（11个）、蛋鸡（27个）、肉鸡（26个）和肉鸭（16）共计200个农场的生产管理、饲料来源和投入、粪尿管理、还田利用的调研，总结出北京市农牧生产不同规模体系的特征参数，结合食物链养分流动模型（nutrient flows in food chains, environment and resources，NUFER）、北京市历史统计数据和文献参数数据对北京市都市圈农牧系统的氮磷流动、养分利用率和环境损失进行综合评价。对1980年与2013年农牧生产体系养分流动特征、利用率和环境排放特征的时空变化进行比较分析。【结果】从“土壤-饲料-动物”体系氮磷流动特征分析结果可以看出，体系中氮磷的投入和输出结构发生了较大变化。2013年，“土壤-饲料-动物”体系中进口主产物饲料氮磷投入是主要的养分来源，而1980年进口副产品饲料是主要的氮磷投入源。2013年氮磷损失为主要的输出项，而1980年氮磷还田为主要的输出项。这就说明随着城市化的发展和农牧系统的规模化，越来越多的外来养分在都市农牧系统中集中，从而带来了更大比例的环境损失输出。2013年，农牧生产体系氮素利用率NUE_C+A为29.0%，与1980年相似。其中2013年农牧生产体系中的作物生产体系氮素养分利用率NUE_C为33.0%，低于1980年的39.5%，而2013年动物生产体系NUE_A为20.6%，高于1980年的17.8%。环境损失特征分析结果显示，单位面积氮磷损失和损失途径均发生了较大变化。2013年，每公顷耕地面积氮素和磷素总损失分别为436.5和37.5 kg·hm^-2，而1980年的氮素和磷素损失分别为77.5和3.2 kg·hm^-2，2013年单位耕地面积的氮素和磷素损失量较1980年分别增加了4.6倍和10.7倍。2013年氮素气体损失占氮素总损失的比例最大，为61.1%，其次为直接排放，为31.3%，淋溶径流损失比例最小，为7.6%。与1980年相比，气体损失比例明显降低，而无序排放比例明显增加，超过淋溶径流成为第二大损失途径。2013年磷素直接排放损失比例超过淋溶径流成为最主要的排放途径。同时，北京市“土壤-饲料-动物”体系环境氮磷损失在城郊区域迅速增加，而在城市中心区域迅速减少。【结论】1980—2013年间，北京市“土壤-饲料-动物”系统氮磷流动特征和环境排放时空分布发生了很大变化。这些变化与种养结构的变化、养殖规模和方式以及环保政策密切相关。

华北平原典型区域农牧系统氮素流动及其环境效应 ——以河北省为例

佟丙辛, 张华芳, 高肖贤, 侯勇, 马文奇

中国农业科学. 2018, 51(3):  442-455.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.005

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【目的】以华北平原典型地区河北省为例，明确农牧系统氮素养分流动特征和环境效应，分析农牧系统氮素循环利用率和农牧业结合的程度，探讨农牧系统氮素的优化管理途径，为农牧业养分循环和绿色可持续发展提供科学依据。【方法】以河北省“农田-畜牧”生产系统为边界，在整理统计资料、文献数据和调研数据的基础上，利用物质流分析方法，分别定量1980—2015年河北省农田体系、畜牧体系和农牧系统的各个氮素输入和输出项，同时利用氮素利用率、氮素盈余量和氮素回田率等指标分析氮素流动特征与环境效应。农牧系统的氮素输入项主要包括化肥、生物固氮、干湿沉降、灌溉、人粪尿还田、外源饲料；氮素输出项主要包括农田体系主产品的本地消费、外销，畜牧体系主产品的本地消费、外销，农牧系统大气排放、水体排放；内部的氮素循环项主要包括农田系统副产品还田、农田系统主、副产品作为本地饲料、畜牧系统副产品还田。【结果】1980—2015年，河北省农田生产体系氮素年均输入量增加1.9倍，而作物收获氮量仅增长1.5倍，导致农田氮盈余量和损失量分别增加1.7和1.9倍，氮素利用率由47.2%降至41.4%。与有机肥氮投入相比，化肥氮投入占农田总氮投入60%以上，近年来接近70%。区域间农田养分平衡差异大，氮素输入方面，邯郸市和唐山市较高（＞600 kg·hm^-2）,承德市最低（＜200 kg·hm^-2）;氮素盈余方面，唐山市最高，为267.8 kg·hm^-2，衡水市最低，为51.6 kg·hm^-2。畜牧体系氮素输入量也明显增加，在2005年达到最大值，为1980年的7.7倍；畜禽产品和粪尿氮素产生量同时呈现增加趋势，尤其是粪尿氮素产生量由21.8×10⁴ t增加到115.3×10⁴ t；各区域间动物粪尿氮素产生量存在明显差异，其中氮素产生量最高为邯郸市（377.3 kg·hm^-2），最低为衡水市（122.6 kg·hm^-2）。外源饲料氮素依赖率由60.5%增至72.7%，畜牧粪尿氮素还田率由70.4%降至30.2%，但畜牧体系氮素利用率由6.4%增至16.3%。从农牧系统整体来看，1980—2015年氮素输入总累计量高达9 038.9×10⁴ t，化肥氮素投入量约占总氮素投入量的55.7%，外源饲料氮素投入量占总氮素投入量的33.1%，农牧产品累计总输出氮为2 537.4×10⁴ t，占总累计输入氮量的28.1%，向大气、水体累计排放的总氮量高达4061.2×10⁴ t，约占总累计输入氮量的44.9%。【结论】1980—2015年河北省农牧系统氮素投入量大幅度增加，氮素富集和环境排放严重，氮素利用率偏低，不同区域单位面积氮素平衡存在较大差异，农田生产与畜禽生产之间养分循环严重脱节。因此，应该充分利用本地饲料资源，提高有机肥的还田率，走农牧结合的道路，从而降低因“农牧分离”造成的“高投入-低效率”代价，促进农牧业可持续发展。

农牧交错带农牧系统氮素流动与环境效应——以山西省为例

张建杰，郭彩霞，李莲芬，张强

中国农业科学. 2018, 51(3):  456-467.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.006

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【目的】探明山西省农牧交错带农牧生产系统的氮素流动特征及其环境效应，进一步为山西实施区域养分资源管理、加快农牧交错带产业结构调整提供科学依据。【方法】在整理统计资料、文献数据和实地调研的基础上，使用食物链养分流动模型（nutrient flows in food chains, environment and resources use，NUFER）和GIS，估算山西省农牧交错带（主要涉及大同、朔州、忻州、吕梁、临汾和太原等6个地市）42个县区农牧生产系统的氮素账户平衡、流动路径及损失途径。【结果】不同县区农田化学氮肥投入存在“两极分化”的现象，投入水平范围在6.7—253 kg·hm^-2，极值间相差38倍；各县区农田氮素的投入结构也表现出较大差异，主要跟当地化学氮肥施用习惯及农业种植结构有很大的关系；单位农田面积农作物主产品的氮素携出量范围在19.11—96.75 kg·hm^-2，空间上整体呈现南北高、中部低的变化趋势；不同县区农田氮素盈余量在-16—202 kg·hm^-2，氮素亏缺与盈余情况并存；区内畜牧生产系统中外源饲料氮素投入差异较大，朔州市的山阴县外源饲料氮素投入高达0.94×10⁴ t，而忻州的五寨、临汾的隰县、大宁和蒲县，则可以通过作物生产系统来满足畜牧生产系统的饲料需求，也充分反映了各县区畜牧业养殖规模和农牧产业结构存在较大差异；区内单位面积农田动物主产品氮素携出量范围在1.51—27.50 kg·hm^-2，极差25.99 kg·hm^-2，说明各县区畜牧生产系统的生产力水平差异较大，单位农田面积动物主产品的氮素携出量＞13 kg·hm^-2的分布在区域北部朔州市的山阴、怀仁、大同等县区，表明这些县区畜牧生产系统中的氮素利用率较高；单位耕地面积畜禽粪尿氮素负荷较高（＞50 kg·hm^-2）的县区主要分布在区域北部；农牧生产系统氮素损失的空间分布格局明显：一级区（＞200 kg·hm^-2）分布在区域北部，二级区（120—200 kg·hm^-2）分布在区域南部和北部，三级区（＜120 kg·hm^-2）主要分布在区域中部，今后应重点关注区域北部农牧业生产过程中的氮素损失及环境问题。【结论】农业生产结构不合理、“农牧分离”是造成农牧生产系统氮素利用率低下的主要原因，今后农田养分资源综合管理要在空间上合理配置氮素资源，在养分投入上既要考虑化学氮肥和粪尿氮素的投入，还要兼顾来源于环境投入部分的氮素，更要注重和畜牧生产系统的耦合，以最小的环境代价生产更多的农牧产品。

近20年重庆市农牧生产体系氮素流动特征及驱动力分析

陈轩敬，宫雅慧，谢军，张跃强，陈新平，石孝均

中国农业科学. 2018, 51(3):  468-480.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.007

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【目的】通过评价重庆地区农牧系统的氮素流动特征，明确氮素的主要损失途径及驱动因素，提出未来农牧生产中氮素管理措施，为实现重庆地区农牧系统氮养分的高效利用提供数据支撑。【方法】通过查阅文献及统计数据并结合调查研究，采用NUFER（nutrient flow in food chain, environment and resources use）评价方法，以重庆市农牧生产系统为主要研究对象，定量1996—2015年间农牧系统的氮素流动特征，明确其环境代价。在此基础上，探讨人类活动与农牧系统氮素流动特征变化之间的关系，并通过对2020年不同氮素管理情景分析，探索区域氮素的可持续利用途径。【结果】1996—2015年，重庆市农牧系统氮素输入总量增长19.2%，2015年达到1 006 Gg，其中化肥贡献57%以上；氮素输出总量增长16.5%，2015年达到844 Gg，环境损失为最大的氮素输出项，占输出量的61.7%左右，其中农田生产和畜禽养殖系统分别贡献45.1%和54.9%；农牧系统内氮素循环总量增长42.7%，2015年达到448 Gg，其中秸秆还田和畜禽粪尿还田氮量分别达到32.7和95.0 Gg，20年间分别增长55%和44%。1996—2015年重庆市蔬菜瓜果等经济作物种植比例从10%升至28%，粮食作物种植比例从82%降至62%，肉蛋奶等动物主产品输出量增加83%。农牧生产结构的变化与氮素利用和损失的变化呈现显著的线性正相关关系，但人均GDP (gross domestic product)的增长与氮素利用和损失的变化没有呈现明显的线性关系，表明影响系统氮素流动特征的主导因素应该是农牧生产结构变化，而经济发展水平的变化只是起到了刺激农牧产品消费的作用。通过情景分析，若在2020年实现《重庆市农业农村发展“十三五”规划》的农产品生产目标，保持目前的氮肥投入和氮素管理现状，将会增加18 Gg氮素损失，同时降低氮素利用率1.2%；通过提高系统内部氮素循环利用率，优化作物生产养分管理，可在实现生产目标的同时，分别减少氮肥投入和氮素损失量15%和4.2%，提高农牧系统氮素利用率1.3%以上。【结论】在近20年中，重庆市农牧生产系统氮素流动特征发生了很大变化，氮素输入强度和环境损失在不断增加，而农牧生产结构改变是其变化的主要驱动力。在重庆未来农牧生产中，减少畜禽生产系统氮素的直接排放，加大畜禽粪尿和秸秆循环利用力度，优化作物生产系统氮素管理措施和提高氮素利用效率，是实现农牧生产和生态环境的平衡发展的有效措施。

云南省农牧生产系统氮素流动时空变化特征与环境效应

李晓琳，郑毅

中国农业科学. 2018, 51(3):  481-492.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.008

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【目的】研究云南省农牧生产系统的氮素流动途径并评价其环境效应，提高农牧业氮素利用率，改善农业生态环境，为制定符合云南省农业发展规律的政策提供科学依据，实现社会经济生态的可持续发展。【方法】通过运用食物链养分流动模型（nutrient flows in food chains, environment and resources use，NUFER），从时间序列的角度分析1995—2014年云南省农牧业氮素养分流动时间分异特征，结合GIS，从空间格局角度分析2014年云南省16个地州农牧业氮素养分流动空间分布特征。【结果】1995—2014年云南省农牧系统氮素投入量逐年递增，从1995年的2.1×10⁶ t增至2014年的3.5×10⁶ t。氮肥的施用和饲料进口是造成农牧系统氮素投入量增加的主要原因。农田主产品吸氮量与动物生产系统主产品吸氮量在时间上呈现同向增长的关系，农产品吸氮量1995—2014年间上涨2.1倍，动物生产系统主产品吸氮量上涨8.5倍，其中2000年、2006年变化最为剧烈。云南农牧业快速发展的过程中，由于作物播种面积扩大、栽植技术提高，畜牧业养殖规模扩大，模式改良所引起的氮素吸收效率提高。云南省农牧生产系统氮素流动表现出极大的不平衡性；氮素投入呈现放射式分布特征，中心投入量高，四周投入量逐渐递减。吸氮量则表现出与区域社会经济发展状况相协同的特点，经济发达地区吸氮量较高，经济发展滞后的区域，吸氮量较低。由于地形条件引起的径流、侵蚀、淋洗，以及由于施肥方式不合理所引起的氨挥发是导致农牧生产系统中氮素损失的重要原因。根据云南省氮素投入、吸收和损失规律，可将各地州划分为高投入高排放（大理、昆明、红河）、高投入低排放（曲靖、丽江、楚雄等）、低投入高排放（迪庆、昭通等）和低投入低排放（怒江、普洱）4大类型。【结论】云南省传统施肥方式导致施肥过量，大量肥料通过氨挥发的方式排入大气中，动物养殖过程中产生的粪尿中氮素通过径流、淋溶进入水体，造成农业生产过程中经济效益的降低、环境污染。从空间格局上看，大理、昆明、红河的氮素损失较高。今后亟需改进化肥施用方式，提高化肥利用率，改进畜牧业养殖模式，提高粪尿有机还田的数量。针对主要区域重点治理，采用因地制宜的农牧体系氮素优化管理技术、增加粪尿养分循环和提高氮养分效率，减少氮素向大气和水体中的排放数量，从而实现农牧体系氮素的合理循环。

栾城城郊型农牧系统养分流动与环境排放时空特征

马怡斐，柏兆海，马林，聂永强，江荣风

中国农业科学. 2018, 51(3):  493-506.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.009

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【目的】改革开放以来中国种植业和畜牧业生产模式及农牧系统结合程度都发生了很大改变，这种改变对农牧体系养分流动以及环境排放都产生了较大影响。论文以河北省石家庄市栾城区为例，分析其1985—2014年农牧系统生产结构、养分流动和损失时空变化特征，确定农牧系统养分损失的关键节点和影响因素，为栾城区以及其他县级行政区的农业可持续发展提供理论依据。【方法】采用食物链养分流动模型(NUFER模型：nutrient flow in food chain, environment and resources use)并结合实地调研，定量栾城区氮磷养分流动特征和影响因素。NUFER模型综合考虑了作物生产系统、畜禽生产系统、食品加工系统和家庭消费系统的氮磷养分流动、利用率和环境损失。实地调研采用面对面的问卷调研方式收集信息，调研内容包括农田养分输入输出、生产管理和养殖户农场养分输入输出、生产管理及粪尿管理等。【结果】2014年种植业蔬菜水果播种面积占总播种面积的比例达到25%，每公顷耕地氮和磷（折纯，下同）投入量分别为763和335 kg，单位面积氮和磷盈余量分别为132和237 kg·hm^-2；畜牧业养殖密度达到18 LU/hm²，饲料进口率达到75%，畜牧业源外源氮磷投入分别占农牧体系外源氮磷投入量的57%和39%，畜牧业源氮磷主产品输出占农牧体系氮磷主产品输出的60%和33%，是典型的高环境负荷的城郊型农牧生产体系。1985—2014年，畜牧业畜禽粪尿氮素还田率由59%降至35%。种植业氮利用率从45%降至43%，磷利用率从32%降至23%；畜牧业氮利用率从14%增至30%，磷利用率从4.4%增至10%；农牧系统氮利用率从41%降至36%，磷利用率从27%降至16%。2014年生产1 kg作物产品氮的平均氮损失为0.66 kg，生产1 kg作物产品磷的平均磷损失为0.11 kg；生产1 kg畜禽产品氮的平均氮损失为1.4 kg，生产1 kg畜禽产品磷的平均磷损失为1.8 kg；生产1 kg农牧系统产品氮的平均氮损失为1.5 kg·kg^-1，磷损失为0.75 kg·kg^-1磷产品。农牧体系氮损失的主要途径是氨挥发，农牧体系磷损失的主要途径是粪尿直接水体排放。【结论】受城镇化驱动和农牧系统生产结构改变的影响，经过近30年发展，栾城区成为高投入、高产出、低氮磷利用率、畜牧业占主导地位的高环境负荷的城郊型农牧生产体系。当前农牧系统养分利用率偏低、损失偏高主要源自过高的畜禽养殖密度、农牧分离以及农牧体系养分管理措施的不合理。因此，确定栾城区合理的畜禽养殖承载量，加强饲养管理，实行粪尿全链条管理等农牧结合措施将对农牧系统可持续发展具有重要意义。

中国苜蓿、黑麦草和燕麦草产量差及影响因素

魏志标，柏兆海，马林，张福锁

中国农业科学. 2018, 51(3):  507-522.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.010

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【目的】在国家大力推进“粮转饲”和种植业结构调改的背景下，研究苜蓿、黑麦草和燕麦草3种栽培牧草产量差及影响因素，为揭示牧草生产潜力和制定牧草高产高效措施提供科学依据。【方法】从中国知网和Web of Science两个数据库，以“苜蓿产量 施肥”、“黑麦草产量 施肥”、“燕麦草产量 施肥”、“牧草栽培技术”、“Alfalfa, Fertilizer, China”、“Alfalfa, Irrigation, China”为关键词，共收集目标文献176篇，其中关于中国苜蓿的文章101篇、黑麦草的文章51篇和燕麦的文章24篇。总结中国苜蓿、黑麦草和燕麦草的产量潜力和产量差。通过分析施肥、播种和灌溉对牧草产量的影响，阐明影响牧草产量差的因素及消减途径。【结果】当前中国栽培苜蓿、黑麦草和燕麦草的产量潜力分别为24、26和22 t·hm^-2，农户产量分别实现了产量潜力的28%、63%和41%。氮磷肥的施用、播种和灌溉可以显著地影响牧草产量，苜蓿的产量最佳施肥量约为氮肥(N)52 kg·hm^-2，磷肥(P₂O₅)141 kg·hm^-2，最佳播种量约为20 kg·hm^-2，最佳灌水量约为5 737 m³·hm^-2；黑麦草的产量最佳施肥量约为氮肥(N)585 kg·hm^-2，磷肥(P₂O₅)46 kg·hm^-2，最佳播种量约为30 kg·hm^-2；燕麦草的产量最佳施氮量尚没有明确的结果，在施氮量＜225 kg·hm^-2时，燕麦草的产量随施氮量的增加呈线性的增加，其产量最佳施磷(P₂O₅)量约为128 kg·hm^-2，最佳播种量约为180 kg·hm^-2。【结论】中国栽培苜蓿、黑麦草和燕麦草有很大的增产空间，增产潜力分别为17、10和13 t·hm^-2。合理的施肥、播种和灌溉可以缩小产量差，优化施肥量可以使苜蓿增产约3.4 t·hm^-2，黑麦草增产约1.5 t·hm^-2，燕麦草增产约4.2 t·hm^-2。优化播种量可以使苜蓿增产60%，燕麦草增产78%，但是仅通过优化播种量并不能使黑麦草增产。优化灌溉量可以使苜蓿增产约9.1 t·hm^-2。

中国天然草地氮磷流动空间特征

魏志标，柏兆海，马林，张福锁

中国农业科学. 2018, 51(3):  523-534.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.011

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【目的】定量研究天然草地的氮磷流动空间特征，为优化牧草施肥和提高牧草产量提供科学依据。【方法】建立中国天然草地氮磷养分输入(输出)数据库，利用NUFER模型定量中国天然草地氮磷平衡账户、利用率和环境排放特征。【结果】(1)2013年，全国天然草地氮和磷的输入(输出)总量分别为5 034 Gg N和318 Gg P，单位面积的输入(输出)量分别为19 kg N·hm^-2和1.2 kg P·hm^-2。氮沉降和畜禽粪尿磷分别占氮和磷输入总量的49%和89%。各区域天然草地氮和磷输入(输出)量变化范围分别为7.0—70 kg N·hm^-2和0.12—8.0 kg P·hm^-2；(2)2013年，天然草地氮和磷养分利用率分别为105%和191%，各区域间差异很大。中国各地区天然草地的氮利用率变化范围为67%—141%，磷利用率的变化范围为75%—538%；(3)2013年，天然草地氮和磷的环境损失量分别为1.7 kg N·hm^-2和0.059 kg P·hm^-2，氨挥发和侵蚀分别是氮和磷的主要损失途径。西南和东北地区天然草地氮损失量较多，部分区域的损失量超过8.0 kg N·hm^-2；西北地区氮损失量较少，平均不足3.0 kg N·hm^-2；青藏高原区氮损失量最少，不足1.0 kg N·hm^-2。磷的环境排放空间规律与氮排放相似；(4)2013年，全国天然草地土壤氮和磷的亏缺总量分别为706 Gg N和315 Gg P，单位面积亏缺量分别为2.7 kg N·hm^-2和1.2 kg P·hm^-2。北方和西南部分地区天然草地的氮土壤累积量为负值，重庆、吉林和辽宁的土壤氮亏损量超过20 kg N·hm^-2；西部和西南部分省份天然草地的氮土壤累积量为正值，其中广西和云南的土壤氮累积量超过5.0 kg N·hm^-2。除广西和贵州外，其他区域天然草地磷养分均有不同程度的亏缺，重庆天然草地磷的亏缺量最大，为3.7 kg P·hm^-2。【结论】2013年，全国天然草地的氮和磷输入量较小，约50%的氮素通过氮沉降输入系统，约90%的磷素通过畜禽粪尿磷输入系统；全国天然草地土壤的氮和磷呈亏缺状态，养分利用率高于100%，当前草地系统不可持续，应注意补施氮磷养分；全国天然草地单位面积氮和磷的环境损失量较小，西南地区天然草地的氮和磷环境损失量大于其他区域。各区域天然草地氮磷流动空间特征差异较大。

中国栽培草地氮磷流动空间特征

魏志标，柏兆海，马林，张福锁

中国农业科学. 2018, 51(3):  535-555.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.012

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【目的】中国畜牧业快速发展，对牧草需求日益增加，种植业结构调改已成为必然趋势。定量研究栽培草地的氮磷流动特征，可为优化牧草施肥和提高牧草产量提供科学依据。【方法】以苜蓿、黑麦草和燕麦草为研究对象，建立中国主要栽培牧草氮磷养分输入(输出)数据库，利用NUFER模型定量中国主要栽培牧草氮磷平衡账户、利用率和环境排放特征。【结果】（1）2014年，全国苜蓿、黑麦草和燕麦草草地氮输入(输出)总量分别为1 547、236和67 Gg，磷输入(输出)总量分别为323、44和16 Gg。单位面积苜蓿、黑麦草和燕麦草草地的氮输入(输出)量分别为326、427和217 kg N·hm^-2，磷输入(输出)量分别为49、18和35 kg P·hm^-2。生物固氮是苜蓿草地氮的最主要输入项，占总输入量的51%，氮肥占黑麦草草地氮总输入量的93%，占燕麦草地总输入量的84%。磷肥是3种牧草磷的最主要输入项。（2）2014年，全国苜蓿、黑麦草和燕麦草的氮利用率分别为64%、93%和69%；磷利用率分别为28%、77%和34%。不同区域氮磷利用率差异很大。(3)2014年，单位面积苜蓿、黑麦草和燕麦草草地的氮环境排放量分别为23、4.0和9.9 kg N·hm^-2，磷的环境排放量分别为2.6、3.8和2.6 kg P·hm^-2。西南地区苜蓿和黑麦草的氮磷环境排放量较高，西部各地区燕麦草草地氮磷环境排放量高于其他区域。(4)2014年，黑麦草草地氮呈亏缺态，其余栽培草地氮磷均有不同程度的盈余。中国西部地区苜蓿的土壤氮磷累积量高于东部地区；黑麦草的土壤氮磷累积量没有明显规律；青藏高原区燕麦草的土壤氮磷累积量大于其他区域。【结论】2014年，全国栽培苜蓿、黑麦草和燕麦草草地的氮磷输入(输出)量差异较大。生物固氮是苜蓿获取氮素的重要途径，田间管理需减少氮肥投入，燕麦和黑麦草主要通过化肥获取所需养分，应注重肥料施用。3种栽培牧草氮的利用率均高于60%，磷的利用率相对较低。黑麦草草地氮呈亏缺态，需增施氮肥，其余栽培草地氮磷均有不同程度的盈余，应控制肥料过多施用。

施肥与灌溉对甘肃省苜蓿碳足迹的影响

刘松, 王效琴, 胡继平, 李强, 崔利利, 段雪琴, 郭亮

中国农业科学. 2018, 51(3):  556-565.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.013

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【目的】评估甘肃省苜蓿不同种植模式的碳足迹，探明温室气体的主要排放环节。分析施肥与灌溉对甘肃省苜蓿碳足迹的影响，评估可能的减排潜力，为甘肃省苜蓿生产的可持续发展提供理论依据。【方法】应用生命周期评价理论和IPCC（2006）田间温室气体计算方法，建立苜蓿碳足迹评估方法。通过调研甘肃省苜蓿主产区陇东、陇中和河西地区10个县区的苜蓿种植农户和农场，收集苜蓿的产量、化肥、灌溉等生产数据。根据施肥和灌溉水平及灌溉水源将甘肃省苜蓿种植模式分为4种，使用建立的苜蓿碳足迹评估方法和甘肃省苜蓿生产投入/产出数据，分析4种种植模式的碳足迹构成特点、施氮水平与灌溉对苜蓿干物质产量和碳足迹的影响特征。使用情景分析方法揭示氮肥减施、改进氮肥生产工艺、无机有机肥混施、滴灌和喷灌技术降低苜蓿种植过程温室气体排放的潜力。【结果】甘肃省苜蓿4种种植模式的碳足迹（以CO₂ eq计）从小到大依次为0.02（不施肥不灌溉模式，NFNI）、0.19（施肥不灌溉模式，SFNI）、0.22（施肥+河水灌溉模式，SFRI）、0.64（施肥+井灌模式，SFWI）kg CO₂ eq·kg^-1苜蓿干物质（DM）。SFNI模式除与SFRI模式之间碳足迹差异不显著外，与其他种植模式之间的差异均显著。不同种植模式之间的碳足迹构成环节和各环节对碳足迹的贡献率存在差异。NFNI模式的碳足迹主要由苜蓿残茬和农机使用两部分的排放组成；SFNI模式和SFRI模式碳足迹的主要产生环节是化肥生产和氮肥田间施用的排放，其次是农机使用；SFWI模式碳足迹的最大来源是灌溉耗电，其次为化肥生产和氮肥田间施用的排放。通过氮肥减施、无机有机肥混施、降低氮肥生产过程中排放可使甘肃省SFNI、SFRI和SFWI模式的苜蓿碳足迹分别降低10.0%—18.0%、-3.0%—8.0%和1.8%—5.8%。如果不考虑节水管材生产的额外温室气体排放，节水灌溉（喷灌和滴灌）可减少SFWI模式苜蓿碳足迹的12.7%—38.5%。【结论】甘肃省4种苜蓿种植模式的产量和碳足迹均存在差异，高投入高产出的SFWI模式的苜蓿产量最高，但碳足迹也显著高于其他模式。除NFNI模式外，其他3种模式均存在过量施肥现象。减施氮肥和降低氮肥生产过程中的温室气体排放均可降低甘肃省苜蓿生产的碳足迹；无机有机肥混施可以降低SFNI和SFRI模式的碳足迹，但同等施氮水平下，无机有机肥混施短期内会降低产量。因此，在保证一定产量同时降低温室气体排放量的目标下，有机肥和化肥混施的最佳比例及实际减排潜力仍需通过田间的长期试验进一步验证；节水灌溉是SFWI模式的主要减排措施，但节水灌溉所能带来的综合减排潜力仍需针对具体区域的田间节水试验和额外耗材带来的温室气体排放进一步评估。

农牧系统氨挥发减排技术研究进展

曹玉博，邢晓旭，柏兆海，王选，胡春胜，马林

中国农业科学. 2018, 51(3):  566-580.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.014

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农牧系统包括种植业和畜牧业两个子体系，畜禽粪便管理是连接两个子系统的重要环节。农牧系统氨挥发主要发生在畜禽饲舍、粪尿储藏、粪尿处理、粪尿和化肥施用等环节。农牧系统氨挥发是大气氨排放的主要源，是中国近年来空气质量恶化的主要因素之一。农田化肥施用和畜牧业“饲喂-饲舍-储藏-处理-施用”各环节的氨挥发减排研究一直是农业和环境领域的研究热点。因此本文总结农牧系统氨挥发减排技术时，考虑了“饲喂-饲舍-储藏-处理-施用”链条的各个环节。过去10多年，欧美国家对于农牧系统氨挥发减排开展了大量的研究，而中国的氨减排技术研究主要针对农田施肥环节，畜禽养殖和粪便管理环节氨挥发减排理论与技术研究刚刚起步。本文综述了国内外关于农牧系统各生产环节主要氨挥发减排技术的减排机理、实施效果和适用范围等，并对今后中国农牧系统氨挥发减排技术研究的主要方向和重点进行了展望，旨在为中国农牧系统氨挥发减排研究提供参考和依据。建议如下：（1）目前的氨挥发减排研究主要关注农牧系统生产过程的特定环节和技术，而缺乏关于全链条综合减排技术研究。建议综合考虑经济效益、氨挥发和温室气体（CH₄和N₂O）协同减排及动物福利等因素，构建中国农牧系统氨挥发综合减排技术体系；（2）中国应大力支持氨挥发减排技术和配套机具的研发，并加强减排技术原理、技术规程和成本效益等研究，推动氨挥发减排技术的推广与应用；（3）建议制定农牧系统氨挥发减排技术的补贴政策，促进农牧业氨挥发减排技术的实施。

中国饲料磷推荐水平及磷酸盐应用现状和优化分析

郭勇庆，屠焰，张乃锋，刘国华，唐德富，王宗勇，钟昊，李耀基，马林

中国农业科学. 2018, 51(3):  581-592.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.015

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【目的】磷是动物必需的矿物质元素之一，在动物生长、发育和生产中发挥着重要作用。但是，动物生产中磷利用效率通常较低，大量未被利用的磷随粪尿排出体外，使得环境中磷不断富集，引起水体富营养化等环境污染。饲料磷水平、磷酸盐的添加量与磷利用效率及粪尿磷排放量密切相关。论文旨在研究中国饲料磷水平及磷酸盐应用现状，为合理利用饲料磷资源和降低粪尿磷的环境影响提供科学依据。【方法】通过分析中国与美国常见畜禽饲养标准，比较不同饲养标准推荐的总磷和非植酸磷需要量的差异；通过对饲料企业调研和饲料样品测定，分析不同饲料中采用的磷酸盐种类、添加量和磷的含量。【结果】与中国饲养标准相比，美国的猪饲养标准未列出非植酸磷的需要量，而是以总磷及标准、表观总肠道可消化磷来表示；美国的蛋鸡、肉仔鸡和肉鸭饲养标准均未列出总磷需要量；中国的奶牛饲养标准后备期、泌乳期和干奶妊娠期牛的磷需要量分别比美国饲养标准高31%、74%和26%；中国产蛋鸡、肉仔鸡饲养后期和肉鸭的饲养标准中非植酸磷需要量（分别为0.32%、0.35%—0.40%、0.35%—0.42%）均高于美国饲养标准（分别为0.25%、0.30%—0.35%、0.30%—0.40%）。中国畜禽饲料中所用的磷酸盐主要为磷酸氢钙，其次是磷酸一二钙和磷酸二氢钙；不同企业生产的同种饲料中磷酸盐添加量、总磷含量及非植酸磷含量差异很大；当前饲料中磷酸钙盐的添加量低于2006年的添加量（分别为8.8 和12.0 kg·t^-1）；企业标准中饲料总磷需要量与实际测定值、中国饲养标准推荐值及2006年调研值基本相同，但是产蛋鸡、小猪和大猪饲料的企业标准推荐的非植酸磷需要量均高于中国和美国饲养标准推荐值。【结论】中国饲养标准推荐的奶牛、产蛋鸡、肉仔鸡后期和肉鸭的磷需要量高于美国饲养标准，饲料中磷酸盐的添加量较10年前降低了3.2 kg·t^-1，企业标准的产蛋鸡、小猪和大猪饲料中非植酸磷需要量高于中国和美国饲养标准。建议根据中国畜禽品种和饲料特点，开展磷需要量相关研究，修改畜禽磷需要量推荐标准，同时采用低磷日粮、高利用率磷酸钙盐和添加植酸酶等综合调控措施来提高饲料磷的利用效率，降低粪尿磷对环境的污染。

农业面源污染的趋势研判、政策评述和对策建议

金书秦，邢晓旭

中国农业科学. 2018, 51(3):  593-600.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.03.016

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【目的】论文对农业面源污染排放的形势和影响进行科学判断，有助于下一步政策方向和策略的选择，对现行主要政策进行评估，则有利于更高效地解决当前问题，及时纠正政策可能出现的偏差。【方法】全面回顾自20世纪70年代以来中国在农业面源污染治理领域的有关政策，综合运用政策文本分析、实地调研、文献归纳等方法，对当前治理农业面源污染的主要政策逐一进行评估。【结果】随着监测和统计口径的不断完善，未来农业面源污染排放的绝对数和占比均可能上升，对环境质量的影响将更加明显。当前农业面源污染受到社会关注、政府重视，同时农业转型需求迫切，具备打好攻坚战的各项条件。政策的顶层设计基本形成，但是要谨防政策执行过程中的形式主义。化肥零增长行动目标的实现具有较大确定性，而农药零增长目标则面临更多不确定性，均需要警惕落入“数字游戏”陷阱。畜禽污染防治约束有余而激励不足，严重阻碍了畜禽粪便的综合利用。秸秆禁烧政策不计代价，耗费大量人力、物力却屡禁不止。【结论】从长期看，防治农业面源污染要做好打持久战的预期和行动准备，完善监测体系，摸清家底，避免急于求成导致数字浮夸。强化已有政策的落实，避免重形式、轻内容，重出台、轻落实。投入端主要是源头减量，要加强投入品的供给侧管理，产后端主要是资源化利用，提供更加适合当地的技术手段，政策手段则要疏堵结合，以疏为主。加大针对农业面源污染防治的财政投入，应与其排放占比相匹配。