城镇化对我国食物消费系统氮素流动和农田氮素循环的影响

论文摘要

随着收入的增长以及城市化水平的提高,城乡食品消费结构发生显著变化,必将改变氮素养分流动模式及其农田生态系统的养分循环,进而带来巨大的生态环境压力和严重的污染问题。为此,本研究利用调查数据、文献资料和统计数据,采用物质流分析的方法,就城镇化发展对我国食物消费体系氮素流动特征、循环利用及其环境排放的影响、城镇化对全国、北京及河北不同年代农田氮素循环的影响进行了初步探讨,以期为解决城镇化过程中城镇本身的生态环境问题及农田养分循环中的生态环境问题提供依据。研究结果表明:2002年我国城镇居民人均消费氮量为4.770kg,高于农村居民(4.314kg)10%。1982年到2002年,随着城镇化率的提高,城镇居民消费的食物氮提高了145.3%,农村减少了8.1%;城镇排入水体环境的氮增加了18.4倍,而氮素循环利用率只有13.0%,降低了40个百分点。情景分析结果表明,如果在人口增加的同时,食物结构达到国家营养纲要要求、日本及欧美的水平,到2010年我国总氮消费量比2002年将增多196.1万吨～419.3万吨,城镇产生的粪尿和垃圾中氮将增加179.7万吨～368.3万吨。因此,伴随城镇化快速发展,在带来食物氮素需求和环境排放氮素大幅度增加的同时,也会对动植物生产带来巨大压力。城镇居民食用氮与排泄的粪尿氮高于农村居民。人均排入水体氮量,1982年城镇与农村居民大体相当,1992年、2002年城镇居民是农村居民2.8倍;粪尿氮排入水体比率,1982年城镇与农村基本相当,在7.5%左右,但到2002年城镇粪尿氮排入水体比率高达56.7%,比农村要高34个百分点。情景分析结果表明,如果在人口增加的同时还要改善食物结构增加蛋白质摄入量,2020年粪尿氮总产生量将增加121万吨～418万吨,排入水体氮量也将增加41万吨～182万吨。提高粪尿还田率、污水处理率及氮的去除率可以降低粪尿氮排入水体比率。城市规模也影响食物氮素消费,人均消费氮量大城市最高,中小城市次之,小城镇最低,随着城市规模的提高,城镇居民生活进入大气及水环境中的氮都在增加,尤其是进入水环境中的氮大城市是小城镇居民的1.7倍,还田的氮则减少了3.5倍,大城市氮循环利用率仅为5.0%,比中小城市、小城镇分别低了5.1和12.5个百分点。2002年城镇人口50212万人,如果人口都集中在大城市,比全部集中在中小城市或小城镇向水体排放氮将分别多17.9万吨和53.4万吨;反之,如果人口都集中在中小城市或小城镇要比都集中在大城市多向农田归还17.9万吨和53.4万吨纯氮。城市规模越大,氮素循环利用率越低。可见,目前随着城镇化率提高及人们生活方式的改变,氮循环利用率将大幅度下降。在全国这个相对封闭大的系统中,城镇化率与全国农田氮素循环的各指标都存在显著正相关关系。总氮投入量越大,土壤养分的盈余量越多。情景分析结果表明,2005年其它条件不变,只是城镇化率提高10个百分点,这就意味着总氮投入量增加167.4万吨;如果在人口增加的同时还要改善食物结构,单位面积氮的投入量还将增加。北京近郊、远郊各区(县)城镇化率与农田养分循环的各个指标间相关不显著,但市区内各区城镇化率与农田养分循环的各个指标间却相关显著。以供应当地食物消费为主的市区各区农田土壤养分投入随着当地城镇化发展而显著提高。农田养分循环的各个指标都随北京市整体的城镇化率的提高而提高,说明北京各区(县)城镇化率并不直接影响农田养分循环的这些指标,而是通过北京市整体城镇化率的提高,拉动食物需求,进而影响农业产业结构,间接影响农田养分循环。河北各县当地城镇化率和农田养分循环各指标相关性并不显著,河北各县城镇化率相对较低,最高还不到30%,最低只有2.5%,当地的城镇化率不足以直接影响到农田的养分循环。与全国相对封闭的大系统相比,河北各县的农牧业生产相对开放,如养殖大县、蔬菜大县都是以供应外地为主,城镇化发展对农田养分循环的影响是通过周围地域大中城市城镇化率的提高,拉动食物需求,进而影响农业产业结构,间接影响农田养分循环。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 立题背景
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 我国城镇化现状及发展趋势
• 1.2.2 城镇化发展水平与收入水平、膳食结构、营养水平
• 1.2.3 城镇化发展与生态环境
• 1.2.4 城镇化与养分流动和循环
• 第二章 研究目的意义、研究内容和研究方案
• 2.1 立题依据
• 2.1.1 阐明城镇化与家庭消费系统氮素流动的关系是中国城镇化发展的需求
• 2.1.2 揭示城镇化过程中家庭消费系统氮素环境排放规律是城镇生态环境改善的需求
• 2.1.3 探明城镇化对农田氮素循环影响机制是农田资源节约及生态环境保护的需求
• 2.2 研究目的和意义
• 2.3 研究目标
• 2.4 研究内容和技术路线
• 2.4.1 研究内容
• 2.4.2 研究技术路线
• 2.5 研究方法和研究方案
• 2.5.1 研究方法
• 2.5.2 试验方案
• 第三章 城镇化对我国食物消费系统氮素流动及循环利用影响
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 研究对象
• 3.1.2 数据来源
• 3.1.4 城镇化发展对食物氮需求和循环利用影响的情景分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 城镇和农村膳食消费中氮素的差异
• 3.2.2 城镇和农村居民氮素流动去向的比较
• 3.2.3 城镇化发展对氮素流动数量及其循环利用的影响
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 城镇化对食物消费系统氮素水体排放影响
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 研究对象
• 4.1.2 计算模型和数据来源
• 4.1.3 2020年家庭系统粪尿氮素数量和水体排放的情景设置
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 城镇和农村食用和粪尿排泄氮素数量的差异
• 4.2.2 城镇和农村居民进入水体总氮量、人均进入水体氮量差异
• 4.2.3 城镇和农村居民粪尿氮排入水体比率比较
• 4.2.4 2020年家庭系统粪尿氮产生量及水体排放量情景分析
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 城市规模对食物消费系统氮素流动及循环利用影响
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 研究对象
• 5.1.2 数据来源
• 5.1.3 计算方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 大城市、中小城市、小城镇居民膳食消费中氮素的差异
• 5.2.2 大城市、中小城市、小城镇居民氮素流动主要去向的比较
• 5.2.3 城镇化发展对氮素流动数量及其循环利用的影响
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第六章 城镇化对全国不同年代农田氮素循环的影响
• 6.1 研究方法
• 6.1.1 研究对象
• 6.1.2 数据来源
• 6.1.3 模型参数的确定
• 6.1.4 情景分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 全国不同年代农田氮素循环比较
• 6.2.2 城镇化率与各种指标及各种指标间的相关性
• 6.2.3 情景分析
• 6.3 讨论
• 6.4 小结
• 第七章 城镇化对北京农田氮素循环影响的案例分析
• 7.1 研究方法
• 7.1.1 研究对象
• 7.1.2 数据来源
• 7.1.3 模型参数的确定
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 不同年代市区农田养分循环的区别
• 7.2.2 不同年代近郊农田养分循环的区别
• 7.2.3 不同年代远郊农田养分循环的区别
• 7.2.4 市区、近郊、远郊农田养分循环的区别
• 7.2.5 不同年代市区、近郊、远郊各县（区）城镇化率与农田养分循环各指标的关系
• 7.3 讨论
• 7.4 小结
• 第八章 城镇化对河北农田氮素循环影响的案例分析
• 8.1 研究方法
• 8.1.1 研究对象
• 8.1.2 数据来源
• 8.1.3 模型参数的确定
• 8.2 结果与分析
• 8.2.1 不同年代河北省北部地区农田养分循环的区别
• 8.2.2 不同年代河北省中部地区农田养分循环的区别
• 8.2.3 不同年代河北省南部地区农田养分循环的区别
• 8.2.4 河北省北部、中部、南部地区农田养分循环的区别
• 8.2.5 不同年代河北省北部、中部、南部地区各县城镇化率与农田养分循环各指标的关系
• 8.3 讨论
• 8.4 小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 主要结论
• 9.2 研究展望
• 博士期间发表论文
• 作者简介
• 致谢