团队成果
2022.10.6
利用流域和区域尺度的数值模拟提高中国种养结合水平
题目：Improving crop-livestock integration in China using numerical experiments at catchment and regional scales
杂志：Agriculture, Ecosystems & Environment
第一作者：陈 磊
第二作者：王怡雯
通讯单位：北京师范大学环境学院、水环境模拟重点实验室
文章简介
由于复杂的营养循环和土壤养分盈余，平衡环境和粮食生产是一个全球性的挑战。本研究从流域角度研究了种养结合对于水环境和农业的影响，并通过模型模拟量化了肥料减量以及有机肥替代化肥的农业效益和环境效益。综合考虑对粮食产量和水环境质量的双重要求，本研究在流域尺度上确定了有机肥替代化肥的最佳比例，并提出了在区域尺度下种养结合的空间配置。结果表明，有机肥替代能够降低化肥单独减量化引起的粮食产量骤减，但随替代比例升高水稻产量略有降低。有机肥替代化肥能显著改善流域水质，20%的替代比例约降低10%流域总磷负荷。从流域尺度看，水质保护与农业生产之间存在一定的平衡阈值。本研究将此阈值扩展到区域尺度后，对区域内不同种养结合程度的模式提出分区管控意见。本研究平衡了农业生产与环境保护之间的关系，为种养结合的发展提供了理论依据。
主要结论
本研究在流域尺度上量化了有机肥替代化肥的农学-环境效益，并将有机肥替代化肥最优比例推广到区域尺度上，以在空间上实现种养结合的最优配置。结果表明，从流域角度看，平衡水质保护与农业生产存在着阈值。本研究平衡了农业生产与环境保护的关系，为种养结合的发展提供了理论依据。但本研究也存在着一定的局限性。本研究目前只考虑了磷，未来需要考虑更多指标，如氮和碳等。本研究中的阈值未经验证直接应用于鄱阳湖流域，在未来需考虑区域差异，并在不同的区域进行验证。
主要突破
在流域尺度上量化了种养结合的农学-环境效应，揭示了有机肥替代化肥的最佳配比，并在区域尺度上实现农业与环境的空间平衡。
心得体会
如何将农产品-化肥-有机肥三者有机结合起来是种养结合的关键。同时，在可持续发展的基础上提高作物生产也是当前农业系统的一个具有挑战性的问题。由于畜牧业和农业生产之间的脱节，大量畜禽粪便可能成为污染物的来源。根据当地实际情况，将二者巧妙结合对于提高区域乃至全球农业的可持续生产力有着重要意义，同时也有助于实现联合国可持续发展目标。
文章信息：
Chen, L., et al., Improving crop-livestock integration in China using numerical experiments at catchment and regional scales. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2023. 341: p. 108192.
DOI: 10.1016/j.agee.2022.108192
分享人介绍
王怡雯，2019级博士生
研究方向：农业非点源污染模拟与控制
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张宇涵 | 编辑
陈磊 | 审核
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流域面源污染控制与水环境修复
陈磊
团队负责人
本公众号由北京师范大学面源污染团队运营，重点分享水利工程、环境科学与工程、生态工程、环境系统工程等领域的学术前沿、科普知识，特别是创建了科学家分享系列《失败集》和文献俱乐部；荣获2020年全国百强学术公众号。
团队负责人陈磊，教授，博士生导师，第五批中组部“万人计划”青年拔尖人才获得者，流域非点源污染过程学科团队负责人（2017-2020）。中国水利学会、中国环境科学学会水环境分会、国际水学会（IWA）、中国地理学会理事。主要从事流域非点源污染模拟与控制、水环境模拟与修复、海绵城市机理及设计、流域综合管理等领域研究，在非点源污染过程机理、核算模型和防控模式等方面取得多项关键突破。发表学术论文130余篇，其中在Water Research、Water Resources Research、Journal of Hydrology等权威期刊发表第一/通讯作者SCI检索论文64篇，出版学术专著3部，授权软著/专利10项，获省部级奖励3项。担任Journal of Hydrology等多个国际期刊副主编/客座主编，组织首届大江大河生态保护与修复研讨会、SWAT2016等重要会议，为30余个本领域顶级刊物提供审稿服务，取得了一定的国际影响力。
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