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本文以中国县域农田养分收支平衡为研究目标,建立了农田养分收支平衡评价的理论框架、指标体系与评价模型,借助数理统计和GIS技术,开展了县域农田1980年代和2000年代N、P、K养分收支平衡评价,系统分析县域农田养分收支平衡时空分布规律,并在此基础上分析了各类养分投入、产出时空差异及对农田养分收支平衡的影响。目的在于通过对农田养分投入、产出结构,尤其是有机肥、生物产出状况的研究,了解我国县域农田养分资源配置的优劣势,为平衡施肥及养分资源高效利用提供科学规划依据;通过对县域农田养分收支平衡状况的掌握,为国家和地方制定肥料生产、销售、调配计划提供宏观决策依据。
研究的主要内容与结论如下:
(1)通过研究遴选了中国县域农田养分收支平衡的影响因素,建立了农田N、P、K养分收支平衡的区域评价模型。认为,影响农田N素养分输入的因素为化肥、有机肥、生物固氮、灌溉降水;影响农田N素养分支出的因素为生物产出、气体损失、渗漏径流等;影响农田P和K养分输入的因素为化肥、有机肥、灌溉降水;影响农田P和K养分支出的因素为生物产出、渗漏径流等。
(2)以2000年为例定量研究了我国农田N、P、K养分的平衡特征。研究发现:其一,我国农田N素养分总体处于盈余状态,但存在明显的区域差异,农田N素养分处于亏缺状态的县域离散分布于各省,但以北方农牧交错带东南部地区较为集中;我国农田N养分投入总量为34.22×106t,农田N养分支出总量为31.57×106t,农田N养分盈余总量为2.65×106t,单位耕地N盈余0.027t。其二,我国农田P素养分总体处于盈余状态,但存在一定的区域差异,农田P素养分亏缺的县离散分布于各省,以我国东北地区、北方农牧交错区较为集中,另外东南地区也有分布;我国农田P素养分投入总量为6.10×106t,支出总量为3.28×106t,农田P养分盈余2.82×106t,平均单位耕地P素盈余0.029t/hm2。其三,我国农田K素养分总体处于亏缺状态,但有些省份和县域农田K素养分亦处于盈余状态,盈余的县域单元集中分布在我国的西部省份。我国农田K素养分投入总量为10.68×106t,农田K素养分支出总量为14.58×106t,农田钾素处于亏缺状态,亏缺量为3.90×106t,平均单位耕地钾素亏缺0.040t/hm2。
(3)结合2000年与1980年两个时间段的数据,研究了我国农田N、P、K养分数量与结构方面的时空变化情况。研究发现:其一,2000年代与1980年代相比,我国农田N素养分投入总量增加14.80×106t,产出总量增加12.89×106t;其二,2000年代与1980年代相比,我国农田P素养分投入总量增加2.98×106t,产出总量增加1.21×106t,农田P素养分投入以增加为主,但也有不少省份与县域单元呈减少趋势;其三,2000年代与1980年代相比,农田K素养分投入总量增加2.69×106t,支出总量增加1.02×106t。但总体来看,农田K养分投入持续亏缺,只是单位耕地K养分亏缺的数量稍微减少。
(4)通过情景设置,探讨了有机肥对农田养分收支平衡的影响。结果表明,仅考虑有机肥的情况下,农田氮素养分已呈现盈余趋势,可保证我国近65%的县域农田氮素养分收支平衡需求;农田磷素基本处于平衡状态,可满足近60%的县域农田磷素养分收支平衡需求;农田钾素处于亏缺状态,亏缺的县域单元占全部县域单元的47.09%。