白洋淀盆地农牧业系统如何转向农业绿色发展

农业系统中过量的氮输入造成了大气污染、生物多样性丧失和水源退化等环境问题。同时，集约化畜牧业的发展进一步造成种植业和畜牧业的分离，导致污染物排放的热点地区增多。

营养管理优化计划结合农业绿色发展(AGD)的概念，解决粮食系统内的多目标挑战。在追求AGD的过程中，人类生存环境(居住)和自然环境(包括水、空气和土壤)的质量变得非常重要。

然而，当养分管理旨在同时保护土壤、水和大气时，可能会出现冲突。这些冲突往往是由于针对空气或水损失的措施与不同空间区域所需的必要调整之间复杂的相互作用造成的。然而，缺乏使用多目标分区的农作物-牲畜系统的优化管理。

河北农业大学马文奇副教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心马林教授及其研究团队以白洋淀盆地为典型案例，建立了多学科交叉研究平台。——目标分区法，探索流域农业绿色转型的养分管理优化途径。

研究人员利用NUFER(食物链、环境和资源利用中的营养物流动)模型量化了这些环境指标的阈值，并确定了白洋淀流域当前的环境排放水平。他们分析了不同的情景及其减少环境影响的潜力，从而实现了AGD。

该研究考虑了一系列直接影响人类健康、优质产品生产和环境特征的环境指标。确定了氨挥发、剩余氮、土壤承载力和生态红线区等四个具体指标，是优化农牧业系统的关键。

通过地理加权回归分析建立了氨排放量与PM2.5之间的相关性。根据人口密度进一步计算氨挥发阈值。通过叠加表示白洋淀盆地坡度和河流距离的网格图来确定流域内的氮过剩。氮素盈余阈值根据流域氮素值和县内硝态氮脆弱区径流或淋溶临界值确定。

土壤承载力是指该地区牲畜排泄的氮与农作物收获的氮的比率。临界值是牲畜排出的氮与农作物收获的氮达到平衡时。然后，根据当前情况与阈值的比较，超过阈值的区域被分类为高，而低于阈值的区域被分类为低。区域被分为八个类别，每个类别代表三个指标的独特组合，以及一个生态红线区域。

为了探索优化养分管理的途径，制定了三种情景来评估潜在的减排量：(1)CS，基于统计数据对白洋淀流域环境指标进行综合评估的现状情景;(2)UT，政府大力推荐的统一管理技术，全地区采用国家重点推广的农牧结合模式，促进农牧系统养分循环利用，减少养分投入要求并促进有效的养分循环;(3)ZM，基于分区分区管理的管理技术应用，在统一政策的基础上，根据各分区的特点，采用定向减排技术进行分区优化管理。

从结果可以看出，实施UT后，安全区县的比例从8%上升到21%，而高风险区(双高区)仅下降了不到6%。继续深入应用ZM，白洋淀盆地55%以上的县实现了环保排放，三项指标均落在阈值以内。

但仍有部分地区超出安全阈值。其中，10.5%的县持续氨氮排放量较高，18.4%的县氮过剩量较高，15.8%的县两者兼有。多目标分区管理优化方法更有利于实现流域农牧系统的环境绿色排放。

这一系统方法不仅为解决白洋淀盆地的挑战提供了有效途径，也为应对中国农业系统当前的挑战提供了潜在的途径，从而帮助国家向更加环境友好的农业系统转型。通过这种方式改造农业可以保护自然资源、减少污染、提高资源利用效率，同时维护粮食安全。