Överdriven kvävetillförsel i jordbrukssystemen har orsakat miljöproblem som luftföroreningar, förlust av biologisk mångfald och försämring av vatten. Samtidigt har utvecklingen av intensiv djuruppfödning ytterligare orsakat separationen mellan grödor och boskapssektorer, vilket leder till ytterligare hotspot-områden som är utsatta för utsläpp av föroreningar.
Programmet för optimering av näringsämneshantering tar itu med utmaningarna med flera mål inom livsmedelssystemet, genom att införliva konceptet för grön jordbruksutveckling (AGD). I jakten på AGD blir kvaliteten på både människans livsmiljö (boende) och den naturliga miljön (inklusive vatten, luft och mark) mycket viktig.
Men när näringsvården syftar till att samtidigt skydda mark, vatten och atmosfär kan konflikter uppstå. Dessa konflikter beror ofta på det komplicerade samspelet mellan åtgärder som inriktar sig på luft- eller vattenförlust och de nödvändiga anpassningar som krävs i olika rumsliga områden. Ändå saknas optimerad hantering av gröda-boskapssystem som använder flerobjektiv zonindelning.
Docent Wenqi Ma från Hebei Agricultural University och professor Lin Ma från Agricultural Resources Research Center, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, såväl som deras forskarteam, tog Baiyangdian Basin som en typisk fallstudie för att etablera en multi -objektiv zonindelningsmetod och utforskade det optimala tillvägagångssättet för näringsämneshantering för grön omvandling av jordbruk i bassänger.
Studien har publicerats i Frontiers of Agricultural Science and Engineering .
Genom att använda NUFER-modellen (näringsflöden i livsmedelskedjor, miljö och resursanvändning) kvantifierade forskarna tröskelvärdena för dessa miljöindikatorer och fastställde de nuvarande nivåerna av miljöutsläpp i Baiyangdian Basin. De analyserade olika scenarier och deras potential för att minska miljöpåverkan och på så sätt realisera AGD.
Studien övervägde en rad miljöindikatorer som direkt påverkar människors hälsa, produktion av högkvalitativa varor och miljöegenskaper. Den identifierade fyra specifika indikatorer, nämligen förångning av ammoniak, överskott av kväve, markens bärförmåga och ekologiska röda linjer, vilka är avgörande för att optimera gröda-boskapssystemen.
En korrelation mellan ammoniakutsläpp och PM2,5 etablerades genom användning av geografiskt viktad regressionsanalys. Ammoniakförångningströskeln beräknades vidare enligt befolkningstätheten. Kväveöverskottet i bassängen bestämdes genom att överlagra rutnätskartorna som representerar lutning och flodavstånd i Baiyangdian Basin. Tröskelvärdet för kväveöverskott bestäms av värdet av kväve i vattendelaren och det kritiska värdet av avrinning eller urlakning i den nitratkänsliga zonen inom länet.
Jordens bärförmåga avser förhållandet mellan kväve som utsöndras av boskap och det kväve som skördas av grödor i området. Det kritiska värdet är när det kväve som utsöndras av boskap och det kväve som skördas av grödor når en balans. Då klassades, enligt jämförelsen mellan nuläget och tröskelvärdet, områden som överskred tröskeln som höga, medan områden som låg under tröskelvärdet klassades som låga. Områden delades in i åtta kategorier, som var och en representerar en unik kombination av de tre indikatorerna, tillsammans med ett ekologiskt röd linjeområde.
För att utforska sätt att optimera näringsämneshanteringen utvecklades tre scenarier för att utvärdera potentiella utsläppsminskningar:(1) CS, det aktuella situationsscenariot där en omfattande bedömning av miljöindikatorer i Baiyangdian-bassängen gjordes baserat på statistiska data; (2) UT, regeringens starkt rekommenderade enhetliga förvaltningsteknik där hela regionen antar modellen för att integrera jordbruk och boskap, främst främjad av staten, för att underlätta återvinningen av näringsämnen i grödor-boskapssystem, i syfte att minska näringstillförseln krav och främja effektiv återvinning av näringsämnen; och (3) ZM, en hanteringsteknologiapplikation baserad på hantering av zonindelning som är baserad på den enhetliga policyn, målinriktade utsläppsminskningstekniker används för zonspecifik optimal förvaltning baserat på varje zons särdrag.
Utifrån resultaten kan man se att efter implementering av UT ökade andelen län inom trygga distrikt från 8 % till 21 %, medan högriskzonen (dubbel-högzon) endast minskade med mindre än 6 %. Med fortsatt tillämpning av ZM har mer än 55 % av länen i Baiyangdian-bassängen uppnått mer miljövänliga utsläpp, med alla tre indikatorerna som faller inom tröskelvärdena.
Det finns dock fortfarande några områden som överskrider säkerhetströskeln. Närmare bestämt har 10,5 % av länen fortsatt höga ammoniakutsläpp, 18,4 % har högt kväveöverskott och 15,8 % har båda. Den multiobjektiva optimeringsmetoden för zonförvaltning var mer användbar för att förverkliga miljömässiga gröna utsläpp från gröda-boskapssystemen i bassänger.
Denna systemmetod ger inte bara ett effektivt sätt att ta itu med utmaningarna i Baiyangdian Basin, utan erbjuder också ett potentiellt sätt att möta de nuvarande utmaningarna i jordbrukssystemen i Kina, och därigenom hjälpa landet att omvandla till mer miljövänliga jordbrukssystem. Jordbruk som omvandlas på ett sådant sätt kan skydda naturresurser, minska föroreningar och förbättra resursanvändningen, samtidigt som livsmedelssäkerheten bibehålls.
Mer information: Mot en grön utveckling inom jordbruket genom zonindelning med flera mål och hantering av kvävenäringsämnen:en fallstudie i Baiyangdian Basin, Kina, Frontiers of Agricultural Science and Engineering (2024). DOI:10.15302/J-FASE-2023533
Tillhandahålls av Frontiers Journals
