（土壤学专业论文）我国家庭体系磷素流动及其环境效应影响研究.pdf

摘要 随着城镇化水平的提高，城乡家庭食物消费结构发生显著变化，必将改变磷素养 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，本研究利用统计数据、调查数据和文献资料，采用物质流分析的方法， 就城镇化发展对我国家庭体系磷素流动特征、循环利用及其环境排放的影响、城镇化 对全国和北京不同年代农田磷素循环的影响进行了初步探讨。研究结果表明： 1 城镇化的发展将大大增加动物性食品的消费比重。城镇居民摄入的磷素来源 于动物性食品的比例由八十年代的2 1 增加到2 0 0 6 年的4 1 ；农村居民摄入的磷素 来源于动物性食品的比例由八十年代的7 增加到2 0 0 6 年的1 4 。农村家庭动物性 磷摄入量为城镇家庭的三分之一。情景分析表明，合理的膳食结构改变磷素流动去向。 改变食物结构后，城镇和农村居民摄入磷素来源于动物性食品的比例将分别达到3 6 3 8 和2 3 2 5 。 2 家庭体系输入的磷素数量总体在增加。城镇家庭输入的总磷量由1 9 8 1 年的 6 4 万吨增加到2 0 0 6 年的1 9 3 万吨，年均增长率为8 。人均输入家庭磷素数量在 2 7 5 3 3 5 克之间。农村家庭磷素输入量从1 9 8 1 年到2 0 0 0 年基本在3 0 万吨左右。2 0 0 0 年之后，磷素输入数量呈现了下降趋势。1 9 8 1 年 - 2 0 0 0 年人均每年进入农村家庭的 磷素数量为3 5 5 克左右，2 0 0 0 年之后出现了下降的趋势。情景分析表明，改变食物 结构后，进入城镇和农村家庭的磷素分别为3 4 4 9 万吨 - 4 4 6 1 万吨和2 6 3 9 万吨 2 9 0 5 万吨，人均磷量分别是5 3 6 - - 5 6 7 克和4 0 0 - - 4 1 0 克。 3 家庭体系排入水体的磷素呈上升的趋势。城镇家庭1 9 8 1 年向水体中输入的磷 素数量为o 5 万吨，人均进入水体的磷素数量为2 5 克，2 0 0 6 年达到了1 2 2 万吨， 人均达到了2 1 2 克。1 9 8 1 年农村家庭排入水体的磷量为2 3 万吨，2 0 0 0 年达到了最 高的1 0 4 万吨，2 0 0 6 年降低到了9 3 万吨。城镇家庭人均对水体磷素增加的贡献率 是农村家庭的1 6 倍。情景分析表明，未来进入水体的磷素城镇家庭将占到6 0 8 0 ，城镇家庭是排入水体磷素的主要来源。提高污水处理率和磷素的去除率将会使 进入水体磷素数量减少。 4 家庭体系进入农田的磷素数量持续下降。城镇家庭1 9 8 1 年磷素还田量为4 6 万吨，2 0 0 6 年磷素还田量为2 2 万吨。1 9 8 1 年人均还田数量为2 2 8 克，2 0 0 6 年仅为 3 8 克。农村家庭1 9 8 1 年磷素还田量为2 1 1 万吨，2 0 0 6 年磷素还田量为9 9 万吨。 1 9 8 1 年人均还田磷素数量为2 6 4 克，2 0 0 6 年降低为1 3 4 克。情景分析表明，如果城 镇和农村家庭人粪尿利用率得到提高，那么还田再利用的磷素数量将会比现在高 2 2 - - 2 7 倍。 5 磷素循环利用率大幅度下降。八十年代，城镇家庭磷素循环利用率为3 5 7 0 ，九十年代下降为1 6 - 3 0 ，2 0 0 0 年至2 0 0 6 年循环利用率为1 3 1 5 。 八十年代，农村家庭磷素循环利用率为6 2 - - - 7 5 ，九十年代为4 7 - 6 1 ，2 0 0 0 年至2 0 0 6 年为4 3 - - 4 6 。情景分析表明，改变食物结构和人粪尿利用率的情况下， 城镇家庭磷素的循环利用率将会提高到3 4 - - - 4 4 ，农村家庭磷素循环利用率也将 会提高到5 9 一- - 6 7 。提高磷素的还田比例，是提高磷素循环利用率的最主要措施。 6 在全国这个相对封闭的系统中，城镇化率与养分循环各指标都存在极显著正 相关关系。单位面积肥料磷素投入量从1 9 8 1 年的4 9 1k g l 蛐2 增加到2 0 0 5 年的1 3 7 5 k y h m 2 ，2 0 0 5 年是1 9 8 1 年的2 8 倍。来源于有机肥的磷素占的比例由1 9 8 1 年的4 1 9 ，逐渐下降至u 2 0 0 5 年的1 6 1 。单位面积养分盈余量由1 9 8 1 年的6 1k g h m 2 增加到了 2 0 0 5 年的7 0 9k 斫蚰z ，单位面积养分盈余量以年均1 1 的速度增长。 7 北京各区县2 0 0 5 年与1 9 9 5 年相比，养分循环各指标都随北京市整体城镇化 率的提高大幅度增加。化肥磷素投入平均水平是近郊 远郊 市区。有机肥投入占肥 料投入的比例是市区 远郊 近郊。土壤养分盈余量平均水平是市区 远郊 近郊。 1 9 9 5 年北京各地区的城镇化率与化肥养分量呈显著负相关关系，与有机肥养分量呈 极显著相关关系，与养分盈余量相关关系不显著。2 0 0 5 年城镇化率与这些指标相关 性均不显著。 关键词：城镇化；磷素流动；水体污染；农田；养分循环 s t u d yo np h o s p h o r u sf l o wi nf a m i l ys y s t e ma n d i n f l u e n c eo ne n v i r o n m e n ti nc h i n a a u t h o r ：l ug u a n g t u t o r ：w e ij i n g m a j o r ：s o i ls c i e n c e a b s t r a c t w i t l lt h eg r o w i n go fu r b a n i z a t i o n ，t h ef o o dc o n s u m p t i o ns t r u c t u r ei nu r b a na n dr u r a l a r e a so fc h i n ac h a n g e ss i g n i f i c a n t l y , c o n s e q u e n t l yt h ec h a n g eo fp h o s p h o r u sf l o wm o d e l h a sl e dt ot r e m e n d o u sp r e s s u r eo fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n ds e r i o u sp o l l u t i o np r o b l e m s i nc i t i e sa n dt o w n s t h e r e f o r e ，t ou n d e r s t a n dt h ei n f l u e n c eo fu r b a n i z a t i o no np h o s p h o r u s f l o wc h a r a c t e r i s t i c s ，r e c y c l i n g ，e n v i r o n m e n tu s e st h em e t h o do fm a t e r i a lf l o wa n a l y s i s a n a l y z i n gt h e s t a t i s t i c a l d a t a , s u r v e yd a t aa n dl i t e r a t u r e s t h ei n f l u e n c eb e t w e e n u r b a n i z a t i o na n dr e g i o n a lp h o s p h o r u sb a l a n c ei na g r o e c o s y s t e mw e r ea n a l y z e di nc h i n a a n db e i j i n gc i t yw e l ea l s os t u d i e d t h er e s u l t sw e r es h o w na sf o l l o w s 1 t h eu r b a n i z a t i o nd e v e l o p m e n tw i l li n c r e a s et h ec o n s u m p t i o np r o p o r t i o no fa n i m a l f o o dg r e a t l y t h ep r o p o r t i o no fu r b a nr e s i d e n tt a k ei nt h ep h o s p h o r u sf r o ma n i m a lf o o d i n c r e a s ef r o m21 i nt h e8 0 st o4 1 i n2 0 0 6 ；t h ep r o p o r t i o no fr u r a lr e s i d e n tt a k ei nt h e p h o s p h o r u sf r o ma n i m a lf o o di n c r e a s ef r o m7 i nt h e8 0 st o14 i n2 0 0 6 t h eq u a n t i t y o fr u r a lf a m i l yt a k ei na n i m a lp h o s p h o r u sa m o u n ti st h eu r b a nf a m i l y1 3 s c e n a r i o a n a l y s i ss h o w e dt h a t ，i fc h a n g i n gt h ef o o ds t r u c t u r e ，t h ep r o p o r t i o no fu r b a na n dr u r a l r e s i d e n tt a k ei nt h ep h o s p h o r u sf r o ma n i m a lf o o dw o u l db e3 6 - 3 8 a n d2 3 - 2 5 2 t h eq u a n t i t yo fp h o s p h o f u si n p u tf a m i l ys y s t e mi si n c r e a s i n g t h eq u a n t i t yo f p h o s p h o r u si n p u tu r b a nf a m i l yi n c r e a s e df r o m6 4 ，0 0 0t o n st o19 3 ，0 0 0t o n si n19 81 - 2 0 0 6 ， t h er a t i oo fi n c r e m e n ti s8 p e ry e a r t h eq u a n t i t yo fp h o s p h o r u si n p u tu r b a nf a m i l yp e r c a p i t ab e t w e e n 2 7 5 - 3 3 5g r a m s t h eq u a n t i t yo fp h o s p h o r u si n p u tr u r a lf a m i l yw a sa b o u t 3 0 0 ，0 0 0t o n sf r o m19 81t o2 0 0 0 a f t e r2 0 0 0 ，p h o s p h o r u si n p u tq u a n t i t yh a sp r e s e n t e dt h e d e c l i n i n gt r e n d t h eq u a n t i t yo fp h o s p h o r u si n p u tr u r a lf a m i l yp e rc a p i t aw a s3 5 5g r a m s ， a f t e r2 0 0 0 ，i td e c l i n e d s c e n a r i oa n a l y s i ss h o w e dt h a t ，i fc h a n g i n gt h ef o o ds t r u c t u r e ，t h e q u a n t i t yo fp h o s p h o r u si n p u tu r b a na n dr u r a lf a m i l yw o u l d b e3 4 4 ，9 0 0t o n s 4 4 6 ，l0 0t o n s a n d2 6 3 ，9 0 0t o n s 2 9 0 ，5 0 0t o n s ，5 3 6 - - 5 6 7g r a m sa n d4 0 0 - 4 10g r a m sp e rc a p i t a 3 t h eq u a n t i t yo fp h o s p h o r u sd i s c h a r g e di n t ot h ew a t e rf r o mf a m i l ys y s t e mw a s r i s i n g t h eq u a n t i t yo fp h o s p h o r u sd i s c h a r g e di n t ot h ew a t e rf r o mu r b a nf a m i l yw a s5 , 0 0 0 t o n s ，2 5g r a m sp e rc a p i t ai n19 81 ，t h eq u a n t i t yo fp h o s p h o r u sd i s c h a r g e di n t ot h ew a t e r f r o mu r b a nf a m i l yw a s12 2 ，0 0 0t o n s ，212g r a m sp e rc a p i t ai n 2 0 0 6 t h eq u a n t i t yo f p h o s p h o r u sd i s c h a r g e di n t ot h ew a t e rf r o mr u r a lf a m i l yw a s 2 3 ，0 0 0t o n si n l 9 8 1 ，t h e m a x i m u mw a s l0 4 ，0 0 0t o n si n2 0 0 0 ，t h e nr e d u c e dt 0 9 3 ，0 0 0t o n si n2 0 0 6 t h eu r b a nf a m i l y p e rc a p i t ac o n t r i b u t i o nr a t eo fp h o s p h o r u st ow a t e rw a sr u r a lf a m i l y s 1 6t i m e s s c e n a r i o a n a l y s i ss h o w e dt h a t ，t h ep h o s p h o r u so fu r b a nf a m i l yw o u l db e6 0 一8 0 ，t h eu r b a n f a m i l yi sm a i ns o u l c 宅o fp h o s p h o r u sd i s c h a r g e di n t ot h ew a t e r 4 t h ep h o s p h o r u sq u a n t i t yo ff a m i l ys y s t e mr e t u r nt ot h ef a r m l a n dd e c l i n e d c o n t i n u a l l y t h ep h o s p h o r u sr e t u r nt ot h ef a r m l a n dw h i c hc a m ef r o mu r b a nf a m i l yw a s 4 6 ，0 0 0t o n sa n d2 2 8g r a m sp e rc a p i t ai n19 81 ，2 2 ，0 0 0t o n sa n d3 8g r a m sp e rc a p i t ai n2 0 0 6 t h ep h o s p h o r u sr e t u h lt ot h ef a r m l a n dw h i c hc a m ef r o mr u r a lf a m i l yw a s211 , 0 0 0t o n sa n d 2 6 4g r a m sp e rc a p i t ai n19 81 ，9 9 ，0 0 0t o n sa n d13 4g r a m sp e rc a p i t ai n2 0 0 6 s c e n a r i o a n a l y s i ss h o w e dt h a t , i ft h eh u m a ne x c r e t ar e c y c l er a t i oe n h a n c e d ，t h eq u a n t i t yo f p h o s p h o r u sw o u l db e2 2 n 2 7t i m e sh i g h e rt h a nt h ep r e s e n t 5 p h o s p h o r u sc y c l i n gr a t i of e l td o w nr a p i d l y i nt h e8 0 s ，t h ep h o s p h o r u sc y c l i n g r a t i o o fu r b a nf a m i l yw a s3 5 一- 7 0 ，t h e nd r o p p e dt o16 - 3 0 i nt h e9 0 s ，t h ep h o s p h o r u s c y c l i n gr a t i ow a s l3 - 15 i n2 0 0 0 - - 2 0 0 6 i nt h e8 0 s ，t h ep h o s p h o r u sc y c l i n gr a t i oo f r u r a lf a m i l yw a s6 2 7 5 ，t h e nd r o p p e dt o4 7 - - - 61 i nt h e9 0 s ，t h ep h o s p h o r u sc y c l i n g r a t i ow a s 4 3 , - , 4 6 i n2 0 0 0 - 2 0 0 6 s c e n a r i oa n a l y s i ss h o w e dt h a t ，i fi tc h a n g et h e 南0 d s t r u c t u r ea n de n h a n c et h eh u m a ne x c r e t ar e c y c l er a t i o ，t h ep h o s p h o r u sc y c l i n gr a t i oo f u r b a nf a m i l yw o u l db e3 4 - 4 4 ，t h ep h o s p h o r u sc y c l i n gr a t i oo fr u r a lf a m i l yw o u l db e 5 9 - - 6 7 6 i nt h en a t i o n a ls y s t e mw h i c hw a sr e l a t i v e l yc l o s e ，t h eu r b a n i z a t i o nr a t ea n dn u t r i e n t c y c l i n gi n d i c a t o r sh a v es i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n t h ef e r t i l i z e rp h o s p h o r u si n p u ti n c r e a s e d f r o m4 9 1k e 如- n 2t o1 3 7 5k g h m zi n l 9 8 1 - 2 0 0 5 ，i n c r e a s e d1 8t i m e s t h ep h o s p h o r u s p r o p o r t i o nw h i c ho r i 百n a t e do r g a n i cf e r t i l i z e rg r a d u a l l yd r o p p e df r o m4 1 9 t o16 1 i n l 9 8 1 2 0 0 5 1 1 圮s u r p l u sp h o s p h o r u sq u a n t i t yi n c r e a s e df r o m6 1k g h m zt o7 0 9k g l u n i n19 81 - 2 0 0 5 ，t h es u r p l u sp h o s p h o r u sq u a n t i t yi n c r e m e n ti s11 p e r y e a r 7c o m p a r e dw i m19 9 5a n d2 0 0 5i nb e i j i n gv a r i o u sa r e a s n u t r i e n tc y c l i n gi n d i c a t o r s e n h a n c e da l o n gw i t hu r b a n i z a t i o nr a t e t h ea m o u n to ff e r t i l i z e rp h o s p h o r u si n p u ti s s u b u r b s e x u r b s u r b a n t h ep r o p o r t i o no fo r g a n i cf e r t i l i z e ri n p u ti su r b a n e x u r b s s u b u r b s t h es u r p l u sp h o s p h o r u sq u a n t i t yi su r b a n e x u r b s s u b u r b s t h eu r b a n i z a t i o n r a t ea n df e r t i l i z e rh a sn e g a t i v es i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o ni nb e i j i n gv a r i o u sa r e a si n19 9 5 ，t h e u r b a n i z a t i o nr a t ea n do r g a n i cf e r t i l i z e rh a ss i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n ，t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e n u r b a n i z a t i o nr a t ea n ds u r p l u sp h o s p h o r u sw a sn o tr e m a r k a b l e t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e n u r b a n i z a t i o nr a t ea n dn u t r i e n tc y c l i n gi n d i c a t o r sw e r en o tr e m a r k a b l e k e yw o r d s ：u r b a n i z a t i o n ；p h o s p h o r u sf l o w ；w a t e rp o l l u t i o n ；a g r i c u l t u r a ll a n d ；n u t r i e n t c y c l i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑皇堡垒些盘堂或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：略乳签字吼埔年石月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑韭壅些盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权塑兰垦壅些态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 形勃 签字日期：7 橱莎年么月罗日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：锯衙 签字日期： 帮年多月锣日 电话： 邮编： 我国家庭体系磷素流动及其环境效应研究 1 1 研究背景 1 引言 养分作为维持植物生长的重要物质，也具有资源的属性。从资源管理的角度来看， 养分资源包括了土壤、化肥、有机肥和环境所提供的所有养分。由于我国对养分资源 管理缺乏深入系统的研究，致使资源利用效率不高，环境风险加大。化肥用量过大、 肥效偏低、养分配比和肥料品种结构不合理、地区和作物之间分配不均衡等问题，严 重制约了养分资源的高效利用，同时对生态环境造成了不利影响。 养分既是生态系统物质输入和产出的重要组成部分，也是生态系统周而复始的重 要条件。如果整个生态系统长期处于“养分的输入”小于“输出 ，势必导致整个系 统养分的耗竭，最终使整个生态系统受到破坏。而农田养分平衡是依赖养分循环实 现的心1 ，其本质就是养分被作物消耗和施肥投入间的平衡口1 。同时，畜牧、营养、环 境各生态系统的养分平衡也是依赖养分循环实现的。只有通过养分循环，才能使有限 的养分得到最大限度的利用；只有了解养分平衡状况才能对土壤养分水平的发展趋向 进行预测，并采取合理调控措施h 1 ，以便降低投资成本，保持肥力，改善环境，增加 产出，使养分循环向有利于人类需要的方向发展。 我国已经初步开展“农田一畜牧一家庭一环境 体系磷素循环与平衡研究。通过 对此体系养分循环的研究，将若干子系统的养分循环与平衡情况联系起来，探讨养分 循环与平衡和我国社会发展的关系，建立符合我国国情的“农田一畜牧一家庭一环境” 磷素养分循环与平衡体系模型，进一步揭示整个系统中磷素的输入、输出及平衡特征 和规律，为磷素养分的综合管理提供依据，从而达到合理利用养分资源，养分资源管 理系统化，经济效益和环境效益协调发展的目的。 正是人类在谋求自身发展过程中，从农业革命到工业革命、从人口增长到城市化， 不断消耗自然界尚能提供的磷资源，以种植业、养殖业、人体代谢等形式构成一个高 强度的磷的社会代谢体系，极大加速并严重干扰了磷的自然循环过程，现有磷的社会 代谢体系导致了严重的生态后果，集中表现为地表水体的富营养化。大量研究表明， 今天构成富营养化的主要因素已经不是点污染源，而更多是涉及水土流失、农业生产、 农村生活的面源过程。欧盟国家水体富营养化的磷负荷构成调查结果也表明人体代 谢、畜禽养殖、农业施肥等过程具有关键的决定性意义晦，水体富营养化是我国面临 的水污染核心问题之一，磷是控制水体富营养化的关键因子。区别于自然循环，磷的 社会循环结构更为复杂、通量强度更大，增加了对其进行系统控制的难度。然而目前 我国磷控制措施仍主要集中在末端治理、政策体系支离破碎，不能有效解决水体富营 养化问题。只有通过系统深入地剖析我国磷物质流过程及其基本规律，引入生态高效 的政策手段来调整磷代谢体系的结构模式，将水体富营养化控制政策系统地融入社会 经济发展战略中，推动当前社会发展中的不利于生态可持续的经济增长方式、消费方 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 式、管理方式以及更为深层的价值观体系的不断改变，才能从整体上提高磷的代谢效 率，从而改善水体富营养化持续恶化的基本趋势哺1 。 无论是植物生产还是动物生产都是为了一个共同的目的满足人类物质生活。 生产的物质包括养分资源在内将会从植物、动物生产体系转移到家庭体系。家庭消费 可以说是整个体系物质流动的驱动力，因此，家庭体系的消费决定了动植物生产的规 模和方向。目前，一些学者已经开始关注不同的饮食方式和饮食习惯对环境的影响变 化7 1 。 从上个世纪实行改革开放以来，我国社会经济全面飞速发展，城镇化水平迅速提 高，2 0 0 6 年我国城镇人口已经达到5 7 7 亿，城镇化率达到4 3 9 。随着人民生活水 平提高，生活方式改变，必然导致磷素养分流动强度的增加，理所当然也会增加养分 向环境的排放，生产与生态矛盾同益突出，如何确保国家粮食安全和环境生态安全， 满足人民生活和社会发展的需要，已成为新世纪农业科技工作者最迫切的任务。 为了生产更多的粮食和追求更高的生活水平，不惜一切代价大量活化磷素，在作 物生产过程中投入大量磷肥以满足生产需要，使其在作物生产与消费体系中的流量成 倍甚至成十几倍的增加，也使越来越多的磷素在化肥生产、种植业、畜牧业、食品加 工业、家庭生活、废弃物处理等各个环节向环境中排放，造成严重的环境问题旧引。 人们的膳食模式的变化会直接影响农业生产结构和农业生产体系的磷素投入与产出， 这些不仅会影响到城镇的生态环境，而且还会影响国家和区域农田养分流动状况及其 环境效应。作物生产和消费体系中磷素流动已成为关乎社会发展、生活水平、人类健 康与环境质量的核心问题之一，区域、国家及全球层次磷素流动研究已经成为国际研 究热点。 1 2 国内外研究进展 本研究以家庭体系磷素为研究对象，在家庭体系中对磷素流动开展研究。本文以 养分资源综合管理理论作为指导，借鉴物质流分析法，开展磷素流动的分析研究，并 建立了家庭体系磷素流动模型。以下从养分资源综合管理、物质流分析法两个方面研 究进展进行阐述。 1 2 1 养分资源综合管理研究进展 养分循环是生态系统最基本的功能之一。上个世纪初，人们就从植物生理的角度 开始了营养物质循环、平衡的研究n 叭。上世纪七十年代，国际上已有许多农业方面的 专家从农业生态系统动态和宏观的观点出发，综合评价世界范围内氮、磷、钾等养分 的收支平衡问题，这是农业生态系统层次养分循环研究的里程碑1 。对于生态系统养 分循环与平衡，其研究的范围和层次不同，大多是对某一系统的研究。如农田生态系 统、畜牧生态系统，农牧结合生态系统等。p j a w i t h e r s 利用三个奶牛农场，通过 饲料和化肥输入的不同，来研究磷的循环和转化n 刭。h f m a a r t s 对集约化奶牛农 2 我国家庭体系磷素流动及其环境效应研究 场磷素管理进行研究表明：集约化奶牛农场可以不用填埋和出口的途径就可以减少奶 牛农场磷的盈余引，从而减少对环境的污染。 不管是农田生态系统、畜牧生态系统、还是农牧结合生态系统，都还只是一个层 次或两个层次系统的循环研究。目前，国外把整个营养体系综合起来研究的报道已有 不少。j 即sf m g e ，j a k o bm a g i d 等对曼谷城市养分平衡进行研究，表明氮基本平衡， 而磷有4 1 积累；积累的磷大部分进入河流。平衡也表明，曼谷排放到河中的有机 废弃物，其中有很多养分应该回收利用以达到生态养分平衡u4 l 。德国i s e r m a n n 教授 夫妇对德国农田一畜牧一加工一家庭一污水处理一固体废弃物处理这一系统进行养 分循环与平衡研究，建立了氮素循环与平衡模型n5 1 。结果表明并不是农业生产造成了 环境污染，整个营养体系中的每个子系统对污染环境都有一定的影响。 近年来，农田养分平衡已经成为评价和降低集约化农业环境污染的重要工具，并 作为可持续农田管理的一个标志n 副。养分资源综合管理已经成为农业可持续发展的关 键技术，受到国际社会的广泛关注，成为研究热点。美国、德国、英国等国家和一些 国际组织相继启动了大型的养分管理研究项目。 近几年研究发现，人类消费结构、人类生活和营养对养分循环有重大影响。一些 发达国家化肥数量没有增加，但是每年释放到大气和水体中的养分却在增加，究其原 因，与食物消费结构有关。国外有人估算，氮素从合成工厂到田间，从田间到植株， 从植株到收获物，从收获物到产品，从产品到人体的过程，肥料中的1 0 0 个氮素，最 终以植物蛋白进入人体的有1 4 个，动物蛋白只有4 个进入人体，大部分还是排放到环 境中。目前，我国对食物生产和消费系统的研究比较少。j u n k os h i n d o ，k a t s u oo k a m o t o 等建立了东亚食品生产和食品供应系统氮素流动模型n 。德国k i s e r m a n n & r i s e r m a n n 发现，在过去四十年，德国和欧盟在农业，人类营养，固体废弃物处理方面 已经逐渐不能可保持持续性发展。生产和消费的脂肪、蛋白质已超过人类基本需求的 5 0 。1 9 9 1 1 9 9 2 年氮的输入量是1 9 1k g h m 2 ，而植物吸收了4 5k g h m 2 ，仅利用了 2 5 。那些未被利用的氮进入大气和水体，造成环境污染。i s e r m a n n 教授夫妇证明： 因为养分不能有效的循环，德国和欧盟废弃物处理系统释放的氮和磷已超过了实际需 要。过量的食品生产和食品消费已使农业、人类营养、污水和固体废弃物对环境造成 了危害，例如土壤和水的酸化，水体富营养化和气候的变化等n 8 1 。 我国在农田生态系统养分循环和平衡方面做了一些研究，确定了养分循环与平衡 中农田养分收入和支出的参数，并计算了我国典型地区的养分平衡状况。鲁如坤等对 我国典型地区农业生态系统进行了调查和研究，得出了近年来氮、磷、钾养分收入支 出参数n 吼矧。并对我国4 0 多年来农田养分平衡状况做了详细研究。这是我国生态系 统养分循环和平衡研究领域的新成果，为今后的研究奠定了基础。2 0 0 3 年，中国农 业大学张福锁教授组织的养分资源综合管理技术引进与中国技术体系的建立和应用 项目，使得农田养分循环与平衡研究在我国全面展开。刘晓利，许俊香分别对我国“农 田一畜牧一家庭一环境”氮素和磷素养分循环与平衡进行了研究，建立了我国营养体 系养分流动框架啦h2 射，马林建立了我国营养体系养分流动的c n f c 模型乜引。 3 河北农业大学硕十学位( 毕业) 论文 1 2 2 物质流分析法研究进展 物流分析( m a t e r i a lf l o w a n a l y s i s ，m f a ) 描述人类从自然界获取资源，进行人类 生产和消费的经济活动，并产生出废弃物，以及废弃物的再使用和资源化再生利用的 过程中物质的实物流量和流向堙4 2 引。p r a c t i c a lh a n d b o o ko f m a t e r i a lf l o wa n a l y s i s 中对物 流分析的定义瞳6 1 是：“物流分析是对于一个指定的系统，在确定的空间和时间范围内 的物质流动及库存状况的系统评价 。它联结了资源、路径、中问过程以及最终物质 的去向等环节。物流分析遵循质量守恒原则，故分析结果通过比较过程的物质投入、 产出就很容易确定。正是物流分析的这种特性，使这种方法成为资源管理、废物管理 和环境管理中实施决策的一个有力参考工具。 物质流分析( m a t e r i a lf l o wa n a l y s i s ，m f a ) 作为研究社会经济系统物质资源 新陈代谢的一种方法，其基本思想的创立起源于1 0 0 多年前窿钉，物质流动分析根据研 究对象和层次分为三类，元素流、大宗原材料或产品流动、总物质流动。元素的物质 流分析( s u b s t a n c ef l o wa n a l y s i s ，s f a ) 通常选择对于社会经济发展和资源环境产生重 大影响的金属元素( 例如锡、铅、铜等) 或非金属元素( 例如：碳、氮、氧等) ，研究其 从自然界进入经济社会、生产和消费领域的分配和贮存，以及最终进入环境的数量和 途径。这类研究关注的焦点问题是特定元素在环境敏感区域或者国家水平上分布以及 时间动态变化情况，识别特定生态环境问题与物质代谢之间的因果关系，分析控制和 缓解相应环境问题的可能途径并提出实施方案，其研究结果通常能够直接运用于定量 评价环境风险。大宗原材料或产品的物质流分析( m a t e r i a lf l o wa n a l y s i s ，m f a ) ，主 要关心这些物质的生产和消费过程对于资源环境产生的重要影响，及其与其他物质的 相关性。这类研究最主要的目的是运用物质流模型与物质生产效率和回收利用率展开 定量评估，其研究成果与企业和行业部门的生产与经营活动密切相关，具有较强的政 策相关性与指导性，因此广泛应用于识别生产部门物质减量化的关键环节，以及比较 不同部门之间的物质利用率，从而日趋成为大中型企业特别是大型跨国集团经常性环 境管理的重要分析工具。总物质流分析( ( b u l k m f a ) 是分析某一地区或国家水平上物 质的总体消耗水平和利用效率。这类研究通常不考虑物质流在经济系统中分配利用的 细致结构，而是采用整体和系统的方法表征与量化国家和地区的物质生产效率，其结 果可应用于评估国家可持续发展程度，特别是为比较不同国家和地区之间的物质利用 水平提供了相当简洁、有效的物质化指标晗引。 第一篇国家尺度的物质流动分析的文章发表于1 9 6 9 年啪1 ，2 0 世纪7 0 - - 8 0 年代， 物质平衡、工业代谢等理论的提出和完善，为物质流动分析方法应用于经济系统进行 研究奠定了基础啪。到2 0 世纪9 0 年代，作为可持续发展研究的一个工具，物质流动 分析方法在全世界范围得到广泛的应用口1 。德国、荷兰、美国、日本、澳大利亚、奥 地利、芬兰、意大利、波兰、瑞典、英国、法国等主要发达国家先后完成了国家层面 的物质流动分析引。1 9 9 6 年，欧盟委员会( e u r o p e a nc o m m i s s i o n ) 组建了“c o n a c c o u n t 平台( w w w c o n a c c o u n t n e t ) ，该平台的成立可认为是经济系统物质流分析国际合作的 里程碑。从1 9 9 7 年开始，世界资源研究所( w o r l dr e s o u r c ei n s t i t u t e ) 对5 个国家( 美 4 我国家庭体系磷素流动及其环境效应研究 国、日本、奥地利、德国、荷兰) 经济系统的物质流动状况进行了全面的分析1 。近 几年，巴西、委内瑞拉、玻利维亚等少数发展中国家也开始进入这一领域的研究1 。 我国国家尺度物质流动的研究开始于2 0 0 0 年，陈效述等利用物质流的理论和方 法分析了1 9 8 9 - - - 1 9 9 6 年间我国经济系统的物质需求总量、物质消耗强度和物质生产 力。结果表明我国经济发展的资源与生态环境代价是巨大的，我国经济系统的运行主 要依赖于国内的资源消耗，我国的资源利用效率仍然很低m ，。我国经济系统的物质输 入总量和输出总量在1 9 8 5 1 9 9 7 年期间呈现相似的增长趋势，说明输入量在一定程 度上决定着输出量，控制自然物质资源的输入量是减少输出端污染物排放量的有效途 径m 1 。此外，还有一些学者利用物质流分析的方法，对我国一些重要的资源和能源的 流动进行了分析，刘征等运用物质流动方法对我国磷资源产业的整个生命周期进行定 量的描述和分析，结果表明各种含磷消费品在消费以后，大部分磷元素通过各种途径 进入环境中，造成严重污染汹1 。刘毅也同样运用物质流方法，从国家和区域两个尺度 对磷代谢体系的主要结构和效率特征及其发展进化趋势进行了研究，结果表明：我国 物质生产效率和养分循环效率低、污染物排放率和废物积累率高啪1 。有些学者从区域 尺度进行研究，黄宗文等对东北农田林网区林农牧生态系统物质流动进行研究口 ，徐 一剑等对1 9 7 8 年 - 2 0 0 2 年贵阳市物质流动情况进行了计算m 3 。 1 3 研究目的、意义 磷是人体中骨骼和牙齿的重要组成部分，也是组成核苷酸的基本成份，为植物、 动物和人类所必需，它在“农田一畜牧一家庭 这一作物生产和消费体系中的适量供 给是保证粮食安全和人类健康的基础，过量则是当今世界面临的最大环境污染问题之 一水体富营养化。国际上一般认为t p 浓度为0 0 2 m g l ，t n 浓度为0 2 m g l 是富 营养化的发生浓度。从藻类对氮、磷需要的关系看，磷的需要更为重要，藻类的生长 产量受磷的限制更为明显。2 0 世纪9 0 年代，对全国1 3 1 个湖泊的调查表明，6 7 个湖 泊出现富营养化现象，占5 1 2 口目；我国有监控系统的5 3 2 条河流已有8 2 受到不 同程度的污染，9 0 以上的城市水域受到严重污染啪1 。 我国是一个拥有世界2 2 人口数量的国家，城镇化水平的高低在某种程度上代 表了国家工业发展水平，也从另外一个侧面代表了食物消费的水平。随着城镇化进程 的加快，人们的食物消费行为也将随之变化。特别是城镇化发展必然导致居民膳食结 构和养分流动模式的变化，其中磷素流动数量和模式的变化，不但关系到我国居民健 康，还关系到农田磷素需求和生态环境质量等重大问题。为此，本文在明确我国城镇 和农村家庭体系磷素流动特征基础上，阐明城镇化与家庭消费系统