《在农业快速扩张背景下,对上游水源流域中的磷及其迁移建模》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2019-11-15
  • 由于人类活动范围的扩大和强度的加剧,源头河水中磷的含量不断增加,这已成为全世界关注的问题。众所周知,磷是淡水富营养化的限制性营养素。在这里,我们采用空间参考的流域属性回归模型(SPARROW)的概念框架来描述随着农业快速扩张,中国太湖上游源头流域总磷(TP)的来源和迁移。我们的模型,包括地面覆盖物、河流长度、径流深度和池塘密度的变量,解释了94%的总磷的时空变化。在向下游输送的总磷中,农业用地贡献的磷占最大比例(61%),其次是林地(21%)和城市用地(18%)。未来农业可能会扩大到流域总面积的15%,这可能会导致总磷增加50%。根据我们的分析,流域中输出的24%的磷流入池塘。剩余的总磷14%流入支流,43%存在于主干河流。剩余的约6吨yr-1总磷最终被运到中国东南部的天目湖。该模型将几个子汇水区确定为总磷损失的热点,从而确定了目标管理的逻辑站点。我们的研究强调了农业扩张作为加剧河流源头总磷污染的重要因素,并强调了地表景观对缓冲敏感丘陵流域总磷损失的重要性。本研究也表明制定综合管理战略的必要性,该战略应考虑珍贵源头水资源中磷的空间变化和相关的总磷迁移。

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    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:张学福
    • 发布时间:2017-11-28
    • “2050年粮食产量必须增加到目前的两倍才能满足不断增加的人口需要。”近年来这一说法已经在学术界、政策制定者和农民中得到广泛共识。然而,现在研究人员对这一论断提出挑战,并对农业的未来描绘了一个新的前景。 2月22日《生物科学》(Bioscience)杂志发表的一篇研究论文指出,2050年粮食产量可能需要比目前增加25%~70%,以满足当时的粮食需求。宾夕法尼亚州立大学农学院(Penn State's College of Agricultural Sciences)农学博士生米奇·亨特(Mitch Hunter)称,并没有数据支持“2050年全球作物和畜牧产量必须增加到目前的两倍”这样的说法。分析结果表明,产量需要不断增加,但并没有像多数人所声称的增加那么快。展望农业的发展前景,仅仅明确未来的粮食需求还远远不够。亨特提到:“在未来几十年,农业要满足温饱的同时,还要保证环境健康。目前,农业领域的说法的确有失平衡,一方面粮食产量目标抓人眼球,另一方面却没有明确指出在环境方面我们需要做出什么样的努力。农业想要在2050年达到我们所预期的目标,就需要在粮食生产和环境影响方面都定出可量化的目标。” 回顾最近农业对环境影响的趋势可以发现,农业对环境的影响在增加,必须快速减少这种影响,才能保持水源清洁、气候稳定。制定可量化的目标,就能明确未来几十年农业所必须面临的挑战,就可以集中精力进行研究、制定政策,以达成特定目标。研究的合著者、宾夕法尼亚州立大学除草和应用植物生态学教授大卫·莫滕森(David Mortensen)指出:“必须把保证粮食产量和保护环境作为应对农业大挑战的两个平等部分。” 这些新的研究成果对农民来说意义重大。粮食需求预期减少可能预示着,在接下来几十年粮食价格的升幅不会像预计的那样大。然而作者指出,目前的经济预测模型是基于最新的量化预测,因此粮食的价格预测结果可能不会受这一新分析结果的影响太大。同时,农民将需要进一步努力来保留土地养分、减少温室气体排放、改善土壤健康。 上述分析预测建立在两个广泛引用的粮食需求预测基础上:一是联合国粮农组织FAO的预测,二是以美国明尼苏达大学(University of Minnesota)著名生态学家大卫·蒂尔曼(David Tilman)为代表的预测。亨特及其合作研究者并未对这两个基础预测提出异议。亨特解释道:“这些预测都非常重要,确凿可信,不过之前使用的基准年距离现在已经十几年了,在这十几年中全球粮食产量已经有了大幅增。” 蒂尔曼的研究表明,2050年世界所需要的粮食是2005年的两倍,这与2050年粮食需求仅比2014年粮食产量多68%相统一(2014年是距现在最近的有量化数据的一年)。FAO的预测是基于不同的假设,其预测结果对粮食的需求少一些;因此,为满足2050年的需求,粮食产量仅需比2014年产量增加26%。“考虑到最近粮食生产又增加了不少,如果继续宣称2050年的粮食产量需要翻一番,这是非常误导人的。”亨特说。 更重要的是将粮食产量翻一番作为目标,让我们很难去应对环境方面的挑战。亨特说:“为了将粮食产量翻一番,我们需要以比以往任何时候都要快的速度增加全球粮食产量。而目前的情况是,发达国家对农业系统的利用已经达到了最大化。我们不知道要如何在这些农作系统中将产量翻一番,尤其是还不能增加对环境的影响。” 研究人员给出了一些硬数据和量化目标来帮助澄清这种混淆。就美国密西西比河流域所受全球温室气体排放和营养物质污染来说,数据显示,农业的环境影响正朝着错误的方向发展,总体影响逐步扩大。科学合理的规划发展目标保证在未来几十年只有大大减少这些影响,才能避免对气候变化产生最坏的影响,减少墨西哥湾“死水区”的面积。 “即便下调了粮食需求预期,要在生产足够粮食的同时保护好环境,仍然任务艰巨,”亨特说,“我们呼吁研究人员、政策制定者和农民认可这一下调后的粮食产量需求预期,并朝着这一目标努力。” (编译 张学福)
  • 《评估集约化集水对上游-下游生态系统的意义:塔那湖流域的案例分析》

    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2020-12-15
    • 撒哈拉以南非洲的很多地区通过集水系统提高了农业产量。类似地,集水系统有助于水土保持、干旱时期和旱季的水土恢复,从而有助于可持续农业的集约化发展。然而,没有强有力的证据表明集约化集水对上游-下游的社会-生态系统景观具有影响。在本研究中,我们开发了一套决策支持系统(DSS)用来确定水文模型中集水池的位置和大小,从而可以评估集约化集水系统对中等大小水域的上游-下游生态系统的作用。我们将这套决策支持系统结合土壤和水文评估工具(SWAT)对埃塞俄比亚塔那湖流域进行案例研究。研究发现,与目前的做法相比,补充灌溉与营养施用相结合能够使模拟的苔麸(teff,又称埃塞俄比亚画眉草,是埃塞俄比亚一种主要粮食作物)产量增加三倍。此外,经过补充灌溉后的苔麸,过量的水被用于灌溉旱季洋葱,灌溉面积达到7.66吨/公顷(中位数)。集水可以增加主要粮食作物的产量并使当地居民通过售卖更多的经济作物而增加收入。因此,集水在提高当地及区域范围内的粮食安全等方面发挥着重要作用。每年总灌溉用水约为整个水域年产水量的4%-30%。通常,集水可以降低水流峰值,在水流小时也可以提高水位。集水可以大大减少沉积物的产生。集水池提高农作物的产量从而使人们受益。下游社会-生态系统则可从粮食价格的降低、洪灾损害的减少、泥沙涌入的减少,以及水量和水质量的提高等方面受益。集水的好处值得进行经济可行性研究,并对其生态影响进行详细分析。