1985—2015年福建省農牧系統磷素流動特征及影響因素

劉東暉, 張世昌, 楊靜, 黃夢元, 吳良泉

1985—2015年福建省農牧系統磷素流動特征及影響因素

劉東暉1,2, 張世昌3, 楊靜1,2, 黃夢元1,2, 吳良泉1,2

（1福建農林大學資源與環境學院，福州 350002；2福建農林大學國際鎂營養研究所，福州 350002；3福建省農田建設與土壤肥料技術總站，福州 350003）

【】探明福建省農牧系統磷素流動時間變化特征及其影響因素，為實施農牧系統養分資源綜合管理和推進農業綠色發展提供科學依據。通過整理福建省1985—2015年統計年鑒中農牧業產品活動數據和補充文獻中農牧業產品養分參數，結合實地調研，使用NUFER (nutrient flows in food chain, environment and resources use) 模型，定量估算1985—2015年福建省種植業和養殖業磷素流動賬戶平衡、利用率與損失變化特征，明確影響農牧生產系統磷素流動的主要因素。1985—2015年，福建省農牧生產系統磷素輸入總量由63.1 Gg升至196.2 Gg，主要輸入項為化肥投入及飼料進口，其中種植業單位面積化肥磷投入量由27.8 kg·hm-2逐漸上升并穩定于60.4 kg·hm-2，受福建省種植業及養殖業規模和結構變化影響，本地飼料磷供應量由3.33 Gg降至1.65 Gg，飼料磷進口數量由20.7 Gg增至70.2 Gg；農牧系統輸出端，磷素輸出總量由45.0 Gg增至90.9 Gg，主要輸出項為作物主產品和糞尿損失，其中作物主產品變化較小，由24.3 Gg增至26.7 Gg，糞尿損失磷增加較多，由1.44 Gg增至25.8 Gg；在農牧系統內部，磷素的主要去向為土壤累積，且逐年上升，由18.1 Gg升至106 Gg，種植業磷素利用率（PUEc）由36.1%降至16.6%，農牧系統的磷素利用率（PUEc+a）變化趨勢與PUEc相仿，逐漸下降并最終維持于15.0%，同時單位農牧產品磷損失由0.3 kg P·kg-1逐漸上升并穩定于1.3 kg P·kg-1。在經濟發展和種植結構方面，當人均生產總值（GDP）＜1.1萬元時，GDP與化肥磷投入數量呈顯著正相關，當GDP＜1.5萬元時，與單位農牧產品磷損失之間呈顯著正相關，人均GDP＜1.3萬元時，與PUEc呈顯著負相關；經濟作物播種面積占比與單位農牧產品磷損失、化肥磷投入之間呈極顯著正相關，與PUEc之間呈極顯著負相關。當前福建省種植業結構特征為經濟作物播種面積占比較高，同時單位面積化肥磷投入量較大，養殖業畜禽糞尿循環不充分，導致單位農牧產品磷損失較多，同時磷素利用率偏低。因此，控制磷肥的施用量、增強農牧業廢棄物資源化利用程度，將是提高福建省農牧系統磷素利用率，促進農牧業可持續綠色發展的保障。

磷素；NUFER模型；磷素利用率；農牧系統；經濟作物占比

0 引言

【研究意義】磷（P）是構成生命機體的重要元素之一，在生命循環中起到重要作用[1]。為滿足日益增長的社會需求，人為開采和使用加速了磷資源的耗竭速率。尤其是在農牧生產環節中，化肥的過度使用以及畜禽糞污的不合理排放，導致額外的磷素累積于土壤之中或是進入水體，引起磷資源耗竭的同時帶來水體富營養化等環境問題[2]。研究表明，按照現有的發展模式，磷資源將在22世紀耗竭，但若改變磷素利用方式可將磷資源耗竭時間延長至23世紀以后[3]。因此，定量化研究農牧系統磷素流動特征，探討磷素管理優化策略，是可持續發展的關鍵，對促進農牧業的綠色發展意義重大。【前人研究進展】目前，國內外眾多學者已在不同地區開展研究，結果顯示區域間磷素流動特征各不相同。BOUWMAN等[4]研究表明，亞洲的部分發展中國家對磷的需求量將會持續增加，未來這些區域農田的化肥磷投入和土壤磷盈余將持續增加，從而加劇環境污染風險；SUH等[5]研究表明，在美國地區，人類從自然界中提取用于提供食物的總磷中只有15%最終被人體利用，大部分損失于肉蛋奶等畜牧產品的生產過程和農作物的種植階段；OTT等[6]研究表明，在歐盟15國的磷素流動平衡中，輸入項主要為磷進口數量，輸出項主要為土壤、垃圾填埋場和水圈累積；張曉萌等[7]對東北三省農牧系統養分流動特征的研究表明，東北三省磷素利用率差異顯著，需要針對不同地區養分流動特征提出針對性建議；張華芳[8]對河北省農牧系統磷素流動研究結果表明，河北省磷素流動呈現外源投入大、利用率低、環境排放高、農牧結合不緊密等特點；張建杰等[9]對山西省農牧系統研究結果表明，山西省農田生產系統的磷素利用率高于全國平均水平，但農牧生產系統的磷素利用率較低。可見，不同地區農牧系統磷素流動特征各不相同。然而，已有的研究區域主要集中于國外或我國北方，針對以種植茶果等經濟作物為主的南方丘陵區的磷素流動研究較少。同時，區域間磷素流動差異的驅動因素各不相同，如化肥施用程度、畜禽糞污養分管理水平及經濟發展狀態等。SMIL[10]對全球磷循環研究結果表明化肥施用、廢水排放、土壤侵蝕與流失以及作物秸稈和糞便排放是致使全球磷素流動程度增加的驅動因素；SENTHILKUMAR等[11]對法國境內的磷素流動預算結果顯示，驅動農牧系統中養分流動的關鍵因素為動物糞便；MA等[12]對中國食物鏈磷平衡、損失和利用率的概述表明，作物和動物生產中的營養物質損失不斷增加的主要原因是返回農田的糞肥比例下降，提高磷素利用率和減少磷損失的關鍵在于平衡施肥，以及改善糞便養分管理；魏莎等[13]研究表明，農牧系統磷素流動特征與其種養結構、養殖規模以及環保政策密切相關；BAI等[14]通過分析新中國成立60年以來磷素流動特征，表明肥料磷的使用與蔬菜和水果生產面積占比呈正相關，磷肥的使用在某一階段與GDP呈正相關，但隨著經濟的發展將會逐漸脫鉤。可見，影響磷素流動的因素眾多，同時關于以經濟作物為主的南方丘陵區磷素流動特征研究還比較缺乏。【本研究切入點】福建省以丘陵山地為主，素有“八山一水一分田”之稱，耕地資源非常有限，1985年以來該區域農牧系統結構發生變化，經濟作物和養殖業快速發展，化肥及外源飼料投入數量增長較快，磷素作為參與農牧業物質轉換的重要營養元素之一，其流動特征也深受影響。然而，目前針對福建省農牧系統磷素流動特征研究較少。【擬解決的關鍵問題】利用NUFER模型，探明1985—2015年福建省種植業和養殖業的磷素流動特征及總量差異、磷素利用率與損失變化特征，明確對農牧生產系統產生影響的因素，為福建省乃至亞熱帶地區農牧生產系統磷素管理提供科學依據，同時為推進農業綠色發展、建設生態農業提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

福建省位于我國東南沿海，總面積12.4×104km2，地處23°33′—28°20′N，115°50′—120°40′E，屬亞熱帶海洋性季風氣候，年均溫14.6—21.3℃，積溫高達5 000—7 800℃，年均降水量1 037—2 051 mm。地形以山地丘陵為主，總體呈東南低，西北高，境內水熱條件垂直分帶較明顯[15]。改革開放以來，福建省生產力得到提升，經濟快速發展，人均GDP由0.07萬元增至6.79萬元，農業產業結構也發生變化，在1985—2015年期間，福建省種植業總播種面積呈先上升后下降的趨勢，同時種植結構發生改變。其中，糧食作物播種面積降幅達到40%。經濟作物播種面積占比逐步增加，由20.1%逐漸增至56.3%，其中蔬菜、茶葉種植面積分別約增長6倍和2倍，水果種植面積增長約3倍。同時，福建省種植業中化肥用量及養殖業中的養殖密度也持續上升，至2015年，福建省化肥用量及養殖密度分別約為1985年的4倍和3倍，其中養殖密度達到6.5 LU/hm2[16]。

1.2 NUFER模型和系統邊界介紹

NUFER模型是一個研究國家和區域尺度食物鏈系統氮磷流動的模型，可以定量分析“農田-畜牧-食品加工-家庭消費”系統氮磷流動、利用率和損失途徑[12]。本研究以福建省“農田-畜牧”生產系統作為研究邊界，系統間的磷素流動作為研究對象，定量化研究農牧系統磷素流動、利用率及損失變化特征。農牧系統包括作物生產系統和畜禽生產系統。磷素在系統中的流動情況如圖1所示：磷素通過（1）化肥投入、（2）飼料進口的方式進入到農牧系統，在內部以（3）糞尿還田、（4）秸稈還田、（5）本地飼料喂養的形式進行流動，同時以（6）土壤累積的形式累積于作物生產系統內，最后以（7）作物主產品、（8）作物副產品、（9）徑流、侵蝕、（10）淋溶、（11）畜禽主產品、（12）畜禽副產品、（13）糞尿損失的方式離開研究系統。由雨水帶來的磷含量較少，畜禽的生物累積磷數量年際間差值不大，因此不作為考慮對象。

1.3 模型流程圖及其計算方法注釋

模型流程示意圖見圖1。文中主要采用NUFER模型來計算磷素流動、利用率以及環境排放等結果，其中種植業、畜牧業和農牧系統的計算公式[17]如下：

PIcrop=PIfer+PIam+PIst（1）

式中，PIcrop表示種植業磷總輸入量，PIfer表示化肥磷輸入量，PIam表示畜禽糞尿磷還田量，PIst表示作物秸稈磷還田量。

PUEc=POcrop/PIcrop（2）

式中，PUEc表示種植業磷素利用率，POcrop表示作物產品磷輸出量，PIcrop表示種植業磷總輸入量。

PUEa=POanimal/（PIfi+PIlf） （3）

式中，PUEa表示畜牧業磷素利用率，POanimal表示畜禽產品磷輸出量，PIfi表示飼料磷進口量，PIlf表示本地飼料磷輸入量。

PUEc+a=（POc+POa）/（PIfer+PIfi） （4）

式中，PUEc+a表示農牧系統的磷素利用率，POc表示農牧體系作物產品磷輸出量，POa表示農牧體系畜禽產品磷輸出量，PIfer表示化肥磷輸入量。

圖1 農牧生產體系磷流動模型

Paccumulate=PIcrop-POcrop-POst-POrf-POle（5）

式中，Paccumulate表示土壤磷積累量，PIcrop表示種植業磷總輸入量，POcrop表示作物主產品磷輸出量，POst表示作物秸稈磷輸出量，POrf表示種植業徑流、侵蝕損失量，POle表示種植業淋溶損失量。

PPLc+a=（POrf+POle+POdischarge）/（POcrop+POanimal-PIlf） （6）

式中，PPLc+a表示每生產1 kg農牧產品的磷損失，POdischarge表示養殖業磷直接排放量。

PIam=（POmanure-POdischarge）×PMR（7）

式中，POmanure表示養殖業糞尿磷總產量，PMR表示糞尿還田比例。

PIfi=POanimal+POANB+POmanure-PIlf（8）

式中，POANB表示畜禽副產品磷素輸出量。

1.4 研究數據來源

本研究中所使用數據分為3類：統計數據、調研數據、文獻數據。其中統計數據：包括福建省作物種植面積（根據福建省種植業特點，將作物分為稻谷、小麥、油料、薯類、甘蔗、煙葉、茶、水果、蔬菜、綠肥、青飼料11種）、耕地面積、化肥投入量（按磷肥及復合肥折純量計算）、畜禽養殖數量（其中，豬、肉牛、羊、肉禽、兔為年末出欄數量，奶牛、蛋禽為年末存欄數量），為方便對比，將畜禽養殖數量單位統一為LU（livestock unit），表示標準牛當量（折合500 kg奶牛），不同畜禽的折換比例分別為奶牛，1﹕1；肉牛，0.5﹕1；豬，0.35﹕1；羊，0.1﹕1；蛋禽，0.012﹕1；肉禽，0.007﹕1；兔，0.01﹕1[18]。農產品生產數量等數據主要取自《福建經濟與社會統計年鑒農村篇》[19]、《福建統計年鑒》[16]、《中國環境統計年鑒》[20]。調研數據：主要包括福建省農作物生產消費、農業資源廢棄物處置情況，主要根據訪問農業廳等相關部門，由上及下的方式了解全省總體狀況。文獻數據：包括作物、畜禽各部分磷素分配比例及其含磷量，徑流、侵蝕和淋洗參數等，主要取自NUFER模型及相關文獻補充數據。其中，作物收獲可（食）用部分和不可（食）用部分占比及其磷含量內容見表1，主要畜禽飼養周期、糞尿日排泄量和糞尿磷含量內容見表2，主要畜禽活體產品含磷量內容見表3，環境損失參數內容見表4。通過對數據的整理，使用模型模擬1985—2015年福建省農牧系統磷素流動狀況，對比磷素流動時間變化特征、磷素利用率和損失差異，為今后實現磷素資源管理調控提供依據，并為福建農牧生產系統的可持續發展研究提供支撐。

2 結果

2.1 福建省種植業和養殖業磷素流動特征及歷史變化

在種植業中，磷素輸入端包括化肥、糞尿還田以及秸稈還田。化肥是主要的輸入源，1985年福建省單位面積化肥磷投入為27.8 kg·hm-2，1985—2000年逐漸增至60.4 kg·hm-2，之后長期保持在這一水平。1985—2005年糞尿還田磷的輸入呈逐漸上升趨勢，由12.2 kg·hm-2增至18.4 kg·hm-2，2005年后呈下降趨勢，至2015年，單位面積畜禽糞尿磷投入為13.7 kg·hm-2。秸稈還田磷在輸入端占比最小，且在數值上呈現逐年下降的趨勢，1985—2015年，單位面積秸稈還田磷由4.0 kg·hm-2降至2.4 kg·hm-2。磷素輸出端包括作物收獲、作物秸稈、淋洗、徑流、侵蝕以及土壤累積。其中，磷素的最大去向為土壤累積，1985年福建省單位面積土壤累積磷為18.1 kg·hm-2，后逐年增加，至2004年抵達峰值（59.8 kg·hm-2），之后保持穩定。作物收獲和作物秸稈帶走磷量在1985—2015年間趨勢為逐漸減少，其中作物收獲帶走磷量由15.9 kg·hm-2逐漸降至12.5 kg·hm-2，作物秸稈帶走磷量由6.2 kg·hm-2降至3.2 kg·hm-2。徑流、侵蝕和淋洗帶走磷量在1985—2015年期間由3.9 kg·hm-2升至6.9 kg·hm-2（圖2-A）。

表1 作物收獲可（食）用部分和不可（食）用部分占比及其磷含量[21-25]

表2 主要畜禽飼養周期、糞尿日排泄量和糞尿磷含量（鮮基）[17,26-29]

表3 主要畜禽身體各部分含磷量[17,30-31]

表4 環境損失參數[32]

在養殖業中，磷素輸入端包括本地飼料和飼料進口。飼料進口是最主要部分，1985—2015年期間，單位飼料進口數量保持在6.0 kg/LU左右。本地飼料在30年間呈現逐漸下降趨勢，由1985年的0.9 kg/LU降至2015年的0.1 kg/LU。磷素輸出端包括動物產品、輸出糞尿以及廢水排放。輸出糞尿為最主要輸出部分，1985—2005年期間穩定于5.0 kg/LU，2006—2015年出現下降趨勢，至2015年，輸出糞尿為3.9 kg/LU。廢水排放和動物產品在輸出端占比較小，且在1985—2015年間呈小幅上升趨勢，廢水排放由0.8 kg/LU升至1.0 kg/LU，動物產品由0.2 kg/LU升至0.3 kg/LU（圖2-B）。

圖2 福建省種植業（A）和畜牧業（B）生產系統磷素流動

2.2 福建省農牧系統磷素流動特征及年際差異

1985年福建省農牧系統磷輸入總量為63.1 Gg（Gg=109g），2015年為196.2 Gg。在輸入端，1985化肥磷投入量為42.4 Gg，占輸入端67.2%，飼料磷進口量為20.7 Gg，占輸入端32.8%，至2015年，輸入端化肥磷投入為126 Gg，占比64.2%，飼料磷進口為70.2 Gg，占比35.8%。磷素輸出端，相較于1985年，2015年福建省農牧系統磷輸出總量增至90.9 Gg，增幅達到102%，其中糞尿損失磷增加數量最多，由1.44 Gg增至25.8 Gg。畜禽主產品和畜禽副產品磷分別增至3.36和13.5 Gg，增幅分別為315%和337%。作物主產品磷只出現小幅度增長，增加2.4 Gg，增幅為9.9%。作物副產品磷出現降低，由9.40 Gg降至6.86 Gg，降幅為27.0%。在福建省農牧系統內部，磷素的主要去向為土壤累積，其中1985年和2015年土壤累積總量分別為18.1和106 Gg，增幅為486%（圖3）。

圖3 1985年（A）和2015年（B）福建省農牧系統磷素養分流動特征及年際差異

2.3 福建省磷素利用率及單位農牧產品磷損失變化趨勢

1985—2015年期間，福建省種植業中磷素利用率（PUEc）顯著降低，由1985年的36.1%降至2015年的16.6%。養殖業中，畜牧業磷素利用率（PUEa）變化不大，停留于較低水平，2015年為4.7%。農牧系統的磷素利用率（PUEc+a）變化趨勢與PUEc相仿，在1985年時最高，之后呈下降趨勢，至2005年之后趨于平穩，維持在15.0%左右。單位農牧產品磷損失由1985年的0.3 kg P·kg-1開始逐漸上升，在2004年達到1.3 kg P·kg-1，之后穩定于此（圖4）。

2.4 福建省農牧生產系統影響因素

1985—2015年間，當福建省人均GDP＜1.1萬元時，人均GDP與化肥磷投入之間呈顯著正相關關系，當人均GDP＞1.1萬元時，二者關系逐漸脫鉤。當福建省人均GDP＜1.5萬元時，人均GDP與單位農牧產品磷損失之間呈顯著正相關關系，當人均GDP＞1.5萬元時，二者之間亦逐漸脫鉤。當福建省人均GDP＜1.3萬元時，人均GDP與PUEc則呈顯著負相關關系，當人均GDP＞1.3萬元時，二者之間同樣逐漸脫鉤（圖5）。

1985—2015年間，經濟作物播種面積占比與單位農牧產品磷損失、化肥磷（純P）投入呈極顯著正相關，與PUEc呈極顯著負相關（圖6）。

3 討論

3.1 福建省農牧生產系統磷素流動變化特征

福建省種植業單位面積磷素投入與輸出總量變化特征為先增后保持平穩，這與福建省種植業規模及結構變化特征有關。一方面，1985—2000年福建省種植業播種面積增加明顯，這是導致磷素投入和輸出總量增加的直接原因；另一方面作物種植結構發生改變，糧食作物種植面積下降，經濟作物種植面積逐漸增加，導致單位面積施肥量持續增加。以蜜柚種植為例，福建省平和縣蜜柚農戶年均常規施肥量為701 kg P2O5·hm-2[33]，高于糧食作物的施肥用量（福建稻谷年均施肥量為98 kg P2O5·hm-2）[34]。同時，在2015年福建省化肥磷素施用水平為58.5 kg·hm-2（純P），高于全國平均值46.1 kg·hm-2[20]。較高的磷肥投入是造成土壤磷素累積過多的直接原因，2015年福建省磷素土壤累積量達到48.3 kg·hm-2，約為1985年的3倍。過量的磷素投入也導致土壤速效磷含量上升迅速，Li等[35]研究表明，1980—2007年，我國南方地區土壤Olsen-P平均從7.4 mg·kg-1增至25.4 mg·kg-1，部分區域具有較高的磷淋洗風險。因此，定量化肥磷素合理投入量，加強作物養分管理，是減少磷素損失的關鍵。

圖4 福建省磷素利用率及單位農牧產品磷損失變化

**: P＜0.01

**: P＜0.01

福建省畜牧業規模從358×104LU發展至1 455×104LU[16]，導致飼料需求總量增加。然而，由于種植結構發生改變，糧食作物種植面積下降，本地飼料產能不足，所以外源飼料需求總量增加迅速，至2015年畜牧業中飼料磷進口數量增加至70.2 Gg，約為1985年的3倍（圖3），也使進口飼料成為福建省主要的磷素來源之一。這與欒城縣城等郊養殖型地區研究結果一致[17]。然而，集約化畜牧業發展的過程中，糞尿還田比例逐漸減少，從92.8%降至53.0%，農牧結合程度持續降低導致畜禽糞尿的損失從1.44 Gg增至25.8 Gg（圖3），加劇磷污染風險。因此，加強區域間農牧結合程度，加強糞尿養分管理，對提高磷素利用率具有重要作用。

3.2 福建省農牧生產系統磷素利用率變化特征

福建省PUEc在1985—2000出現較急劇的下滑，于2000年之后趨于平穩維持在17.5%（圖4），與東北三省相似，但數值低于東北三省（均值約為35%）[36]，這與GDP的發展和經濟作物播種面積占比有關（圖5、圖6）。隨著福建省人均GDP的增加，農戶有能力向農田中投入更多的化肥磷，導致PUEc的降低，這與BAI等[14]研究結果一致。隨著茶樹、果樹等經濟作物播種面積占比的增加，在經濟利益驅動下，農戶習慣在單位面積土壤中投入更多化肥磷，這導致PUEc逐年下降，這與馬怡斐等[17]對欒城城郊型農牧系統養分流動的研究結果相一致。

福建省PUEa呈現小幅度上升，這與黑龍江省的研究結果類似，主要原因可能是畜牧業規模化程度增加，相較于傳統的家庭散養方式，規模化的養殖場具備更系統的養分管理措施，同時選擇的飼料磷含量更高，使得PUEa提升[36]。福建省PUEc+a出現下降，其趨勢基本與PUEc相一致（圖4），表明農牧系統磷素利用率降低主要受到種植業影響較大；此外，由于1985—2015年期間，農牧系統由混合作物-牲畜生產系統向無土地動物生產系統轉變，使得動物糞肥向農業循環利用的機會減少，這是導致PUEc+a下降的另一原因，與MA等[37]研究結果一致。綜上，提高農牧系統磷素利用率的關鍵在于加強經濟作物養分管理和畜牧業中的廢棄物在農業中的循環利用。

3.3 關于提高福建省農牧生產系統磷素利用率的建議

根據1985—2015年福建省農牧系統磷素流動變化特征研究結果可知，福建省農牧生產系統磷素利用率持續降低的主要原因是外源磷素投入較高和農牧系統結合不緊密，據此提出以下優化建議：

種植業中應加強作物養分管理，控制磷肥的施用量。福建省經濟作物播種面積占比較高，更應根據作物養分需求，控制化肥用量，進而減少磷素地表徑流及土壤累積損失。研究表明，通過土壤-作物系統綜合管理方法，在保持玉米相同產量的同時能夠有效減少磷肥施用量50%以上[38]。通過多點的田間試驗結果表明，福建平和琯溪蜜柚在減少農戶常規施磷量45%的條件下，并沒有使蜜柚減產[39]。

畜牧業中應提高廢棄物資源化利用程度。一方面，通過加強農牧系統的耦合程度，提高養分利用率。在區域間，應加強農牧結合程度，如通過“綠色循環農業模式”“果-林-畜-沼”模式，不僅能達到污水廢渣零排放，還能促進農戶增收[40]；在農場內，應注重飼料養分管理，如荷蘭的DeMarke農場，通過核算場內養分投入與產出賬戶平衡，使養分在農牧體系盡可能循環利用，達到減少外源養分投入和環境排放[41]。另一方面，還應減少畜牧生產環節過程中養分的損失。如在飼料中添加微生物植酸酶[42]，糞便堆肥加污水處理技術、異位發酵床技術等[40]，研究表明，通過加強高負荷區域的堆肥生產可以有效促進有機廢棄物的循環利用率同時減少環境排放[43-44]。

4 結論

1985—2015年，福建省農牧生產體系發展迅速，種植業端，化肥磷投入顯著增加，土壤磷累積逐年遞增，磷素利用率下降，主要受到經濟作物種植占比增加及農戶用肥習慣的影響；養殖業端，飼料進口磷增加顯著，畜禽糞尿磷損失加劇，磷素利用率增加不明顯，主要由于作物種植結構改變導致本地飼料磷供應不足，以及農牧系統分離程度加劇的影響。綜上，加強農牧系統作物養分管理，控制磷肥的施用量，提高畜禽糞便循環利用率，將是提高福建省農牧系統磷素利用率，減少環境排放，促進農牧業可持續綠色發展的重要保障。

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Characteristics and Influencing Factors of Phosphorus Flows in the Crop-Livestock System of Fujian Province from 1985 to 2015

LIU DongHui1,2, ZHANG ShiChang3, YANG Jing1,2, HUANG MengYuan1,2, WU LiangQuan1,2

(1College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002;2International Magnesium Institute, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002;3Farmland Construction and Soil Fertilizer Technology Station of Fujian Province, Fuzhou 350003)

【】The objective of this study is to determine the temporal changes and influencing factors of phosphorus (P) flows in the crop-livestock system of Fujian province, and to provide a scientific reference for integrated nutrient management and green development of agriculture.【】Using a coupled NUFER (nutrient flows in food chain, environment and resources use) model, data were collected and sorted from statistical yearbooks, literatures, and field investigations from 1985 to 2015 to quantitatively estimate the balance, use efficiency and loss characteristics of P flow in the crop-livestock system of Fujian province. The total P input in crop-livestock production system increased from 63.1 to 196.2 Gg in Fujian province from 1985 to 2015. The main P format inputs were fertilizer and feed import. The amount of per unit area of P fertilizer input in crop system increased gradually from 27.8 to 60.4 kg·hm-2. Due to the influence of scale and structure change of crop-livestock system in Fujian province, local feed supply decreased from 3.33 to 1.65 Gg, while the feed import increased from 20.7 to 70.2 Gg. From the output perspective, total P increased from 45.0 to 90.9 Gg, mainly including crop main product and animal manure loss. P uptake of crop main products changed slightly (only from 24.3 to 26.7 Gg), while the P loss in animal manure increased significantly from 1.44 to 25.8 Gg. Soil accumulation is the main loss pathway of P in crop-livestock system, which increased year by year from 18.1 to 106 Gg. P use efficiency in crop production system (PUEc) decreased from 36.1% to 16.6%, and the change trend of P use efficiency in crop-livestock system (PUEc+a) was similar to that of PUEc, which gradually decreased and eventually remained at 15.0%. In the same time, the unit P loss of crop-livestock products increased gradually from 0.3 to 1.3 kg P·kg-1. In terms of economic development and planting structure, there was a significant positive correlation between per capita GDP and fertilizer input when the per capita GDP was less than 11 000 yuan. when per capita GDP was less than 15 000 yuan, there was a significant positive correlation between per capita GDP and unit P loss of crop-livestock products, but there was a significantly negative correlation between per capita GDP and PUEcwhen per capita GDP was less than 13 000 yuan. The proportion of cash crops planting area was significantly and positively correlated with the unit P loss of crop-livestock products and P input of fertilizer, and it was significantly negatively correlated with PUEc.【】At present, the cash crops planting area is relatively high, which is one of the structural characteristics of crop system in Fujian province. At the same time, the unit area quantity of P input by fertilizer is large, circulation of animal manure is inadequate, which probably lead to more unit P loss in crop-livestock products, and low P use efficiency. Therefore, controlling the application amount of phosphate fertilizer and enhancing the utilization level in crop-livestock waste resources will be the guarantee in improving P use efficiency and promoting agriculture sustainable green development in Fujian province.

phosphorus; NUFER model; phosphorus use efficiency; crop-livestock system; proportion of cash crops

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.07.011

2019-09-05；

2019-10-15

國家重點研發計劃（2017YFD0200200，2017YFD0200207）

劉東暉，E-mail：liudonghui01@foxmail.com。通信作者吳良泉，E-mail：liangquan01@163.com

（責任編輯 岳梅）