来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2022/4/18 11:08:14
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FASE | 绿色生态环境的可持续发展:框架与行动

论文标题:A green eco-environment for sustainable development: framework and action (绿色生态环境的可持续发展:框架与行动)

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者:Xuejun LIU, Wen XU, Zhipeng SHA, Yangyang ZHANG, Zhang WEN, Jingxia WANG, Fusuo ZHANG, Keith GOULDING

发表时间:30 Dec 2019

DOI:10.15302/J-FASE-2019297

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FASE亮文解读

农业绿色发展 Agriculture Green Development

「Mar 2020,Volume7 Issue1,第七篇」

▎亮文ID

A green eco-environment for sustainable development: framework and action

绿色生态环境的可持续发展:框架与行动

发表年份 : 2020年

第一作者 : 刘学军,许稳

通讯作者 : 刘学军,许稳

liu310@cau.edu.cn

作者单位 : 1. 中国农业大学资源与环境学院,国家农业绿色发展研究院;2. 英国洛桑研究所,可持续农业科学系

Cite this article :

Xuejun LIU, Wen XU, Zhipeng SHA, Yangyang ZHANG, Zhang WEN, Jingxia WANG, Fusuo ZHANG, Keith GOULDING. A green eco-environment for sustainable development: framework and action. Front. Agr. Sci. Eng., 2020,7(1): 6774

• 文章亮点 •

1. 绿色生态环境包括四个关键要素和措施:一、绿色生态环境指标体系;二、环境监测预警网;三、主要污染物排放标准和环境阈值;四、排放控制和污染修复技术。

2. 以曲周的农田氨排放为范例,探讨了县域尺度的环境监测网络和绿色农业发展措施。

3. 使用脲酶抑制剂可以在少量提高产量的同时显著降低氨气排放。

4. 通过优化的氮肥施用,可以在提高作物产量和氮利用效率的同时,显著改善空气质量。

5. 绿色生态环境的理论和实践需要进一步研究和改进,特别要与联合国高度优先的可持续发展目标结合起来。

• 摘 要 •

经过40年的改革开放,中国最近提出了一种绿色发展和乡村振兴的新思路——农业绿色发展(AGD)理念,其主要目的是营造绿色生态环境。在本篇综述中,我们介绍了绿色生态环境的定义、理论、框架和主要内容,并将其作为AGD的重要组成部分。我们将绿色生态环境定义为四个关键要素或措施:(1)绿色生态环境指标体系;(2)环境监测预警网;(3)主要污染物排放标准和环境阈值;(4)排放控制和污染修复技术。我们以曲周县(华北平原中部典型县)为例,详细阐述如何构建空气、水体、土壤监测网络,以及提出可改进的农民田间实践和污染控制措施(聚焦于氨减排和PM2.5污染减排),从而营造中国绿色生态环境和实现AGD理念。最后,我们强调了完善绿色发展框架和实践的必要性,特别是要将绿色生态环境的提议和行动同国家高度关注的可持续发展目标联系起来。

• 文章内容 •

▎研究背景

20世纪90年代,中国在农业生产中由于过度施用氮肥和投入其他化学物质而产生了一系列的环境问题,例如由于大气污染而导致的氮沉淀增强、土壤酸化和水体污染。考虑到中国集约化农业发展与生态环境保护这种严重的冲突关系,我们认为中国需要一个新的概念以解决这些问题和平衡农业发展和环境可持续性。2017年中国共产第十九次全国代表大会将农业绿色发展(AGD)作为“国家可持续发展、绿色发展战略”。绿色生态环境的建立和维护是AGD实践中的关键问题。在本文中,我们通过跨学科研究,定义了创建绿色生态环境所需的概念、框架、实践和途径。通过展示AGD实现途径中已经取得的成就,从而证明AGD是可达成的;在此我们报告了中国农业大学(CAU)在曲周县进行的一些研究和尝试。

▎绿色生态环境框架

“绿色生态环境”的概念包括“绿色”育种、“绿色”耕作、“绿色”加工和“绿色”消费,可以理解为生态环境保护与农业生产的结合。从环境构成要素的角度来看,绿色生态环境可以定义为优质的空气质量、健康的土壤、洁净的水、丰富的生物多样性和美丽的乡村景观的结合。为了实现这五个目标,我们在水-土壤-空气系统中建立一个高环境质量的农业生产概念模型(图1),并确定了以下四个需要采取的行动:

(1)建立绿色生态环境指标体系。该制度可以指导环境监测评价、环境阈值制定、污染治理等相关工作。

(2)建立监测预警网络。网络将使用监测、模型、遥感等技术手段,综合测量水体、大气和土壤圈中关键污染物值,目的在于评估环境的现状,预测短期乃至长期的变化趋势,识别污染来源和它们的相对贡献。

(3)制定重点污染物排放标准和环境限值。每种污染物排放标准的制定需要根据国家或国际环境标准,然而在农业生产中则需要平衡多方面的内容。

(4)开发新的排放控制措施和污染修复技术。发展先进的技术和管理战略是必需的,不仅可以提高营养利用效率和减少单位粮食生产对环境的影响,而且还可修复受污染的环境。

措施(1)–(3)可依次反馈、优化措施(4)。

图1 绿色生态环境的概念模型,包含五个终极目标:干净的空气、清洁的水、健康的土壤、丰富的生物多样性和美丽的景观

▎曲周县绿色生态环境建设的实践与行动

建立环境监测网络:以地处华北平原中部的曲周县为例,建立了大气、水体、土壤质量环境监测网。空气质量监测网涵盖PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3六种典型空气污染物,以及完整的氮干、湿沉降。水质量监测包括测定水样的pH、EC、铵态氮、总氮、总磷和COD。土壤质量监测指标为硝酸盐和铵态氮。

图2 曲周县地表水和大气氨采样点的空间分布

基于监测网NH3和空气质量指数的动态变化:在2014–2017年间,SO2、PM10、PM2.5年平均浓度呈现不同程度的下降(图3),NO2和O3的年均浓度在2017年都出现了轻微增长,其中NO2浓度略高于国家环境空气质量二级标准(40 μg•m-3)(GB3095-2012)以及PM2.5浓度为二级标准的两倍(35 μg•m-3)。SO2、NO2和NH3共同影响大气中PM2.5和O3浓度,因此,通过排放控制实现协同减少SO2、NO2和NH3的大气浓度是迫切需要解决的问题。

图3 2015–2017年曲周县PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3日浓度箱线图

提高作物产量的同时减少NH3排放:曲周县通过田间示范试验、农民田间示范和县级示范,取得了以下成功的成果:(1)通过在农民田间使用脲酶抑制剂,氨排放显著降低(高达50%–60%)及产量小幅提高(4%–11%)(图4);(2)通过优化施氮量(传统施肥–10%),显著改善空气质量(近十年PM2.5浓度下降50%),同时提高粮食产量(+20%)和NUE(+30%)(图5)。

图4 曲周县脲酶抑制剂Limus®(L)田间试验

注:Ncon、Nopt、Nopt/L、N80%opt/L分别表示玉米和小麦田间试验中常规氮处理、优化氮处理、添加Limus优化氮处理、添加Limus+80%优化氮处理

图5 曲周县粮食生产和氮肥投入趋势

• 未来展望 •

本文系统地总结了农业绿色发展中绿色生态环境的定义、框架和主要组成部分。然而,绿色生态环境(包括绿色农村环境和生态系统服务)作为一种新兴发展的概念/框架,其理论和实践需要进一步研究和完善,特别是将其与联合国高度优先的的可持续发展目标联系起来。

摘要

Following its 40-year reform and ‘Open Door’ policy, China has recently proposed a new approach to green development and rural revitalization—the idea of Agriculture Green Development (AGD), with the key feature of creating a green eco-environment. In this mini-review we introduce the definition, theory, framework and major components of a green eco-environment as a key part of the AGD. We define a green eco-environment as including four key elements or measures: (1) a green eco-environmental indicator system; (2) environmental monitoring and warning networks; (3) emission standards and environmental thresholds for key pollutants; (4) emission controls and pollution remediation technologies. We have used Quzhou County (a typical county in the center of the North China Plain) as an example to show how detailed air, water and soil monitoring networks, as well as improved farmer practices and pollution control measures (especially ammonia emission mitigation and PM2.5 pollution reduction), can begin to create a green eco-environment in China and that AGD is possible. We conclude by stressing the need to improve the framework and practice for a green eco-environment, especially the importance of linking proposals and practices for a green eco-environment with the United Nations high priority Sustainable Development Goals.

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