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城市環境所揭示我國食物系統氮投入驅動力、利用效率時空變化及影響因素

發布時間:2020-03-29 19:05:58 已有: 人閱讀

  作為國家在科學技術方面的最高學術機構和全國自然科學與高新技術的綜合研究與發展中心,建院以來,中國科學院時刻牢記使命,與科學共進,與祖國同行,以國家富強、人民幸福為己任,人才輩出,碩果累累,為我國科技進步、經濟社會發展和做出了不可替代的重要貢獻。/ 更多簡介 +

  中國科學技術大學(簡稱“中科大”)于1958年由中國科學院創建于北京,1970年學校遷至安徽省合肥市。中科大堅持“全院辦校、所系結合”的辦學方針,是一所以前沿科學和高新技術為主、兼有特色管理與人文學科的研究型大學。

  中國科學院大學(簡稱“國科大”)始建于1978年,其前身為中國科學院研究生院,2012年更名為中國科學院大學。國科大實行“科教融合”的辦學體制,與中國科學院直屬研究機構在管理體制、師資隊伍、培養體系、科研工作等方面共有、共治、共享、共贏,是一所以研究生教育為主的獨具特色的研究型大學。

  上海科技大學(簡稱“上科大”),由上海市人民政府與中國科學院共同舉辦、共同建設,2013年經教育部正式批準。上科大秉持“服務國家發展戰略,培養創新創業人才”的辦學方針,實現科技與教育、科教與產業、科教與創業的融合,是一所小規模、高水平、國際化的研究型、創新型大學。

  人口增長與城市化等多重背景下,如何在保障糧食安全的同時,最大限度地降低活性氮的環境影響是全球面臨的巨大挑戰。作為世界第一農業大國和最大規模的城市化國家,中國面臨著比世界任何國家和地區更加嚴重的協調氮素在作物生產和環境保護中作用的挑戰。同時,地區間的發展不平衡導致人口增長、食物消費結構變化、外來人口數量及食物貿易等方面存在較大差異,這些因素是如何影響不同類型城市食物系統氮輸入的尚缺少足夠的認識。深入了解國家、省級和典型城市尺度的食物系統氮投入驅動力、不同階段氮利用效率及其時空變化特征與影響因素,對提升我國食物系統整體氮利用效率具有重要的意義。作為農業大國和快速城市化的發展中國家代表,中國的案例研究對于全球農業綠色發展和城市化可持續發展具有重要的參考價值。

  鑒于此,中國科學院城市環境研究所城市生態過程與調控研究組針對國家、省級和典型城市食物系統開展了“三部曲”研究。(一)采用物質流和情景分析方法,發現過去二十多年間,食物消費結構、人口增長和城市移民分別貢獻了我國52%、31%和17%的動物食物氮消費的增加,三個因素貢獻了我國食物系統46%的氮增長;首次定量證實了城市移民通過影響居民食物消費結構對我國食物氮消費和食物系統氮投入的影響;(二)針對省級尺度作物、畜禽、食物等系統分別研究了1990-2017年各系統活性氮利用效率的時空變化,同時分析單位耕地面積氮投入、畜禽養殖結構、食物貿易等因素對三個系統氮利用效率的影響;發現:(1)單位耕地面積氮投入超過400 kg N ha-1,農田系統氮利用效率隨投入量增加而下降;(2)按照推薦膳食指南,增加禽肉、蛋奶和水產品占總動物食物生產的比重,有助于顯著提升畜禽系統氮利用效率;(3)隨著人均凈進口食物氮量的增加,省級尺度食物系統氮利用效率呈快速上升趨勢;(4)考慮省級貿易,應采用虛擬氮利用效率來更加準確地評價省級尺度食物系統的氮利用;(三)以北京、天津、上海、重慶、廈門、長春和蘭州等七個不同類型與地理區位、不同城市化發展水平的城市為研究對象,定量了本地人口增長、食物消費結構變化、本地城市化、外來人口遷移和農業措施分別貢獻了2015年七個城市1.2–14.1%, -6.6–30.0%, 0.6–8.2%, -7.7–131.0%和-43.8–12.8%的虛擬氮輸入,同時發現虛擬氮利用效率能夠更加準確地反映城市食物系統的氮利用及其對周邊地區的影響。

  人口增長與城市化等多重背景下,如何在保障糧食安全的同時,最大限度地降低活性氮的環境影響是全球面臨的巨大挑戰。作為世界第一農業大國和最大規模的城市化國家,中國面臨著比世界任何國家和地區更加嚴重的協調氮素在作物生產和環境保護中作用的挑戰。同時,地區間的發展不平衡導致人口增長、食物消費結構變化、外來人口數量及食物貿易等方面存在較大差異,這些因素是如何影響不同類型城市食物系統氮輸入的尚缺少足夠的認識。深入了解國家、省級和典型城市尺度的食物系統氮投入驅動力、不同階段氮利用效率及其時空變化特征與影響因素,對提升我國食物系統整體氮利用效率具有重要的意義。作為農業大國和快速城市化的發展中國家代表,中國的案例研究對于全球農業綠色發展和城市化可持續發展具有重要的參考價值。

  鑒于此,中國科學院城市環境研究所城市生態過程與調控研究組針對國家、省級和典型城市食物系統開展了“三部曲”研究。(一)采用物質流和情景分析方法,發現過去二十多年間,食物消費結構、人口增長和城市移民分別貢獻了我國52%、31%和17%的動物食物氮消費的增加,三個因素貢獻了我國食物系統46%的氮增長;首次定量證實了城市移民通過影響居民食物消費結構對我國食物氮消費和食物系統氮投入的影響;(二)針對省級尺度作物、畜禽、食物等系統分別研究了1990-2017年各系統活性氮利用效率的時空變化,同時分析單位耕地面積氮投入、畜禽養殖結構、食物貿易等因素對三個系統氮利用效率的影響;發現:(1)單位耕地面積氮投入超過400 kg N ha-1,農田系統氮利用效率隨投入量增加而下降;(2)按照推薦膳食指南,增加禽肉、蛋奶和水產品占總動物食物生產的比重,有助于顯著提升畜禽系統氮利用效率;(3)隨著人均凈進口食物氮量的增加,省級尺度食物系統氮利用效率呈快速上升趨勢;(4)考慮省級貿易,應采用虛擬氮利用效率來更加準確地評價省級尺度食物系統的氮利用;(三)以北京、天津、上海、重慶、廈門、長春和蘭州等七個不同類型與地理區位、不同城市化發展水平的城市為研究對象,定量了本地人口增長、食物消費結構變化、本地城市化、外來人口遷移和農業措施分別貢獻了2015年七個城市1.2–14.1%, -6.6–30.0%, 0.6–8.2%, -7.7–131.0%和-43.8–12.8%的虛擬氮輸入,同時發現虛擬氮利用效率能夠更加準確地反映城市食物系統的氮利用及其對周邊地區的影響。

  研究結果分別以“Driving forces and impacts of food system nitrogen flows in China, 1990 to 2012”,“Driving forces of nitrogen flows and nitrogen use efficiency of food systems in seven Chinese cities, 1990 to 2015”和“Spatio-temporal dynamics of nitrogen use efficiencies in the food system, 1990-2017”為題連續發表于環境領域期刊Science of the Total Environment上,高兵為第一作者(第二篇高兵和黃葳為共同第一作者),崔勝輝為通訊作者。該研究得到國家重大科學研究計劃、中科院城市環境所青年人才領域前沿項目及國家自然科學基金等的資助。

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