化肥减量增效下山东省农牧系统氮素流动特征和氮肥减施潜力分析OA

通过统计年鉴和文献收集数据,利用NUFER模型分析山东省2007年(氮肥用量达峰)、2015年(氮肥用量缓慢降低)和2022年(氮肥用量快速降低)3个典型年份农田-畜牧系统氮素养分流动特征,定量系统氮素利用率和环境损失率,评估化肥减量增效政策应用效果,并通过设置降低土壤盈余(S1)、提高畜禽粪便还田比例(S2)、优化动物饲料结构(S3)3种情景分析进一步明确山东省农牧系统氮肥减施增效潜力。结果表明:2007年、2015年、2022年山东省农牧系统氮素投入总量分别为371.6万、364.8万、299.4万t,氮素投入量呈下降趋势,其中以化肥占比最高,分别为69.9%、61.9%、55.6%,化肥用量逐渐降低。3年中,农田系统氮素利用率(NUEc)分别为36.3%、42.5%、54.7%,畜牧系统氮素利用率(NUEa)分别为27.9%、19.0%、22.8%,农牧系统氮素利用率(NUEc+a)呈现出逐步上升的趋势,从2007年的31.7%提升至2015年的33.4%,2022年时达到44.6%。2022年该地区土壤氮素累积量达到25.7万t,占总输入量的8.6%,而环境排放总量为127.0万t,占总输入量的42.4%。在环境排放的构成中,氨挥发(包括农田和畜禽粪便氨挥发)和畜禽粪便水体排放与堆置为占比最大的两种损失途径,3年中氨挥发占环境排放总量的比例为45.8%、49.0%、54.5%,畜禽粪便水体排放与堆置占比分别为16.8%、21.5%、25.6%。通过降低土壤中的氮素累积,该地区具备29.0%的氮肥减施潜力,此时,农牧系统氮素总投入量为251.1万t,农牧系统氮素利用率由44.6%增加到53.1%,食物氮代价由2.2 kg·kg^(-1)降至1.9 kg·kg^(-1),环境排放量由127万t降至104.4万t;进一步提高畜禽粪便还田比例可减少化肥用量8.6%,农牧系统氮素利用率提高2.3个百分点,环境损失降低9.8%;持续优化管理并调整动物饲料结构后,该地区氮肥减施潜力可达34.3%,农牧系统氮素总投入进一步降至226.3万t,农牧系统氮素利用率增加至58.9%,食物氮代价和环境排放量分别为1.7 kg·kg^(-1)和79.6万t,较2022年分别降低22.7%和37.3%,显著降低了氮素向环境的排放。研究表明,山东省2007—2022年化肥用量呈下降趋势,农牧系统总体氮素投入量也逐渐下降,农牧系统氮素利用率呈上升趋势,环境排放量呈下降趋势,山东省化肥减量增效取得显著成效,对区域农业绿色发展提供了重要支撑。此外,可提倡分区域布局,通过政策引导和技术支撑,协同推进S1、S2、S3技术路径,最终实现全省化肥减施潜力最大化。