種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整作為中國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的核心與基礎(chǔ),經(jīng)歷了從“以糧為綱”向“糧經(jīng)協(xié)調(diào)發(fā)展”的轉(zhuǎn)變,同時也對資源與環(huán)境代價產(chǎn)生顯著影響,然而關(guān)于我國種植業(yè)結(jié)構(gòu)演變對資源環(huán)境變化影響的定量研究還比較缺乏。為了更好的理解中國種植業(yè)結(jié)構(gòu)演變的歷程及其對農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境代價的影響,為未來農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐,本研究估算中國16種主要作物生產(chǎn)體系中單位面積的物質(zhì)投入,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合碳足跡核算模型以及農(nóng)田土壤酸化模型,進一步解析種植業(yè)結(jié)構(gòu)演變對我國化肥消費、作物系統(tǒng)溫室氣體排放以及農(nóng)田土壤酸化的影響,并通過多目標優(yōu)化模型對2020年種植結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。研究主要結(jié)果如下:1.1950～2010年中國種植業(yè)年化肥總用量增加了 49.6 Mt(Million ton),74.7%的化肥增加是由于單位面積施肥量(FAR)的改變所致,25.3%和0.1%的化肥增加量分別是由于種植業(yè)結(jié)構(gòu)(CS)和總播種面積(TCA)的改變所致。FAR是驅(qū)動我國化肥消費增加的主要因素,但是其對化肥增長的貢獻率不斷減小(50年代為98.3%,2000年代為65.6%);相反,CS和TCA的改變對化肥增長的貢獻率不斷增大(50年代CS和TCA的貢獻率分別為0.8%和0.9%,2000年代該值分別為16.8%和17.5%)。80年代之前,三大糧食作物(水稻、小麥和玉米)為驅(qū)動化肥增長的主要作物,其化肥用量占種植業(yè)化肥總用量87.9%;80年代之后,玉米、果樹和蔬菜貢獻了種植業(yè)化肥總用量增長的90.6%,成為驅(qū)動化肥快速增長的主要作物。2.2001年至2014年,我國種植業(yè)系統(tǒng)碳排放和碳固定分別增加373.6和171.9MtCO2,驅(qū)動分析結(jié)果顯示,總種植面積(TCA)、單位面積碳排放(碳固定)強度(CER和CSR)和種植業(yè)結(jié)構(gòu)(CS)的改變均正向驅(qū)動了碳排放和碳固定的增加。2001～2014年中國種植業(yè)系統(tǒng)碳凈排放增加量為201.7MtCO2,TCA、單位面積凈碳排放(NCER)和CS的變化對系統(tǒng)總碳凈排放增加的貢獻率分別為15.9%、95.4%和-11.3%。水稻,小麥,玉米以及果樹和蔬菜為主要的碳排放和碳固定生產(chǎn)體系,而碳排放或碳固定增加的主要原因則是由于果樹、蔬菜、小麥和玉米CER和CSR的增大以及蔬菜、果樹和玉米所占總種植面積的比例增加所致。3.2001～2014年農(nóng)田土壤產(chǎn)酸量增加了 328.5 Mkeq,其中增加量的32.9%是因為TCA的變化,59.2%是因單位面積產(chǎn)酸量(H+per)的增加,CS的變化僅貢獻了總增加量的7.9%,并且H+per的變化對我國農(nóng)田土壤整體酸化的貢獻率不斷減小。研究階段農(nóng)田土壤總產(chǎn)酸量的增加主要是由于蔬菜、果樹、油菜和棉花單位面積產(chǎn)酸量的增加(分別貢獻了 32.6%、21.6%、12.9%和11.4%),以及蔬菜、果樹和玉米結(jié)構(gòu)比例增加(分別貢獻了 6.4%、9.9%和10.4%)導致。4.通過構(gòu)建了基于增加收益、減少資源環(huán)境代價的多目標種植業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型,對中國2020年的種植業(yè)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。研究結(jié)果顯示2020年優(yōu)化的種植業(yè)系統(tǒng)對氮、磷、鉀化肥的需求量為51.5Mt,凈碳排放為348.5 MtCO2,土壤產(chǎn)酸量為1159.8 Mkeq,純收益為13464.3billion CNY。相比2014年,可減少2.2 Mt化肥投入,減少CO2排放82.1 Mt,減少土壤產(chǎn)酸量140.7 Mkeq,在不考慮復(fù)種的情況下,同時減少10481.7千公頃的耕地面積,增加58.1億元純收益。綜上所述,種植結(jié)構(gòu)演變會潛在的影響化肥消費、農(nóng)田溫室氣體排放以及農(nóng)田土壤產(chǎn)酸量的變化。未來需要加強對關(guān)鍵的玉米、蔬菜和果樹3種生產(chǎn)體系的土壤-作物系統(tǒng)綜合管理(ISSM),同時減少氮肥和高濃度磷肥的施用、提高肥料利用率、增施有機肥、提高秸稈還田率以及合理的種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整將是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持發(fā)展、緩解中國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放和農(nóng)田土壤酸化最直接、有效和經(jīng)濟的方法。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X24;F326.1
【部分圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｃｒｏｐｐｉｎｇ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｆｒｏｍ邋１９５０－２０１０逡逑看出，全國有４７％的水稻種植縣、６１％的小麥種植縣和２９．６％的玉米種植縣對應(yīng)的糧食作物種植比逡逑例顯著減少，其他作物顯著增加（圖１－３）。糧食作物由以水稻為主的格局調(diào)整為水稻、小麥和玉逡逑米共存格局，其中玉米種植面積比例在空間上變化最為顯著，在中國形成北東－西南向的“玉米減逡逑少帶”。種植結(jié)構(gòu)調(diào)整熱點的城市地區(qū)，城市化對種植結(jié)構(gòu)變化影響顯著，水果和蔬菜類種植比例逡逑在城市化地區(qū)快速增加。③種植結(jié)構(gòu)變化趨勢在１３００個縣形成空間集聚效應(yīng)，水稻的高高聚集占逡逑８０＝Ｅ邋９０°Ｅ邋Ｉ００ＣＥ邋１１０￣Ｅ邋Ｉ２０邋Ｅ邋１３０°Ｅ邐８０°Ｅ邋９０°Ｅ邋１００ＣＥ邋ＩＩＯ＇Ｅ邋１２Ｑ°Ｅ邋１３０°Ｅ邐８０°Ｅ邋９０°Ｅ邋１００°Ｅ邋１１０？Ｅ邋１２０°Ｅ邋１３０°Ｅ逡逑ａ．邋１９８０年邐ｂ．邋１９９０年邐Ｉ邐ｃ．邋２０００年逡逑＝0°ｎ邐ｆ？＾：２０＾逡逑，ｆ邋－ＴＴ邐Ｌ邋ｃ－－－＾邐，邋ｒ＇－？Ｖ逡逑ｄ．邋２００２年邐Ｚ邐｜邋ｅ．邋２０１１年邐７＂邐｜邋ｆ．種植結(jié)構(gòu)變化逡逑］：貧邋＾＾邋n牛海海哄義希福

本文編號：2833149