王 迪， 王明新， 錢中平， 周 杰， 季彩亞

(1.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院， 江蘇 常州 213164； 2.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院， 江蘇 常州 213164)

基于增強(qiáng)回歸樹的農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異及其影響因素分析

王 迪1， 王明新2①， 錢中平1， 周 杰2， 季彩亞2

(1.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院， 江蘇 常州 213164； 2.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院， 江蘇 常州 213164)

采用增強(qiáng)回歸樹(boosting regression tree,BRT)方法分析我國2012—2014年農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的影響因素，測算各影響因素的貢獻(xiàn)率，分析農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度與各影響因素的關(guān)系。結(jié)果表明：2012—2014年我國農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度年平均值為9.40～9.50 kg·hm-2，其中，華北、華南和華東地區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度較高，3年平均值分別為16.51、15.16和14.01 kg·hm-2；農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度較低的地區(qū)是東北，3年平均值為3.41 kg·hm-2，其次是西南地區(qū)(7.02 kg·hm-2)和西北地區(qū)(8.18 kg·hm-2)。結(jié)構(gòu)因素、技術(shù)因素和區(qū)域因素對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)份額分別為20.9%、28.5%和42.6%。區(qū)域因素對于農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)最大，影響程度也較大，華北、華東、華南和華中地區(qū)農(nóng)田氮素更容易流失，是農(nóng)田總氮流失的重點(diǎn)控制區(qū)。糧食作物和蔬菜播種面積比例、氮肥投入強(qiáng)度和有效灌溉面積比例對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響總體上呈增加趨勢，復(fù)種指數(shù)、人均種植業(yè)產(chǎn)值和人均耕地面積的影響則總體上呈減少趨勢。建議根據(jù)區(qū)域自然地理?xiàng)l件和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)特征，通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、統(tǒng)籌水肥管理和改善土地利用來降低氮肥投入強(qiáng)度和提高氮肥利用效率，從而削減農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度。

農(nóng)田； 總氮； 省際差異； 增強(qiáng)回歸樹； 影響因素； 貢獻(xiàn)份額

改革開放以來,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得到了飛速發(fā)展。然而,人多地少的基本國情使得我國農(nóng)業(yè)集約化程度不斷提高,在保障我國糧食安全的同時(shí),也付出了沉重的資源環(huán)境代價(jià),農(nóng)田氮磷流失正日漸成為我國水體污染的重要原因[1-3]。2017年中央一號文件指出，要推進(jìn)農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn),大規(guī)模實(shí)施節(jié)水工程,集中治理農(nóng)業(yè)環(huán)境突出問題,擴(kuò)大農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理試點(diǎn)范圍。目前，我國氮肥使用量居世界首位,氮肥過量使用使得總氮流失極為嚴(yán)重,因此，控制農(nóng)田氮肥流失得到廣泛關(guān)注。在特定區(qū)域范圍內(nèi)氮肥流失量是單位面積氮肥流失量與農(nóng)用地面積的乘積,因此，在農(nóng)用地面積不變條件下,控制農(nóng)田氮肥污染的關(guān)鍵是降低單位面積氮肥流失量,即控制農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度。

我國幅員遼闊,自然地理?xiàng)l件、種植業(yè)結(jié)構(gòu)和水肥管理措施等方面均存在顯著的區(qū)域不均衡性,使得農(nóng)田面源污染必然存在顯著的區(qū)域差異[4]。然而,目前國內(nèi)外對農(nóng)田氮肥污染的研究主要側(cè)重于現(xiàn)狀分析、形成機(jī)理、污染源解析及污染防控政策方面[5-8],盡管也有學(xué)者采用單元調(diào)查法研究了我國農(nóng)業(yè)面源污染的區(qū)域分異特征[9-10],但對于區(qū)域分異的影響因素未能進(jìn)行定量分析并測定各因素對區(qū)域分異的貢獻(xiàn)份額。因此,筆者以2012—2014年我國31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)(以下簡稱省、市、自治區(qū))為研究對象,采用增強(qiáng)回歸樹(boosting regression tree,BRT)方法分析農(nóng)田氮素流失的省際差異及其影響因素,定量評價(jià)各影響因素的貢獻(xiàn)份額,并探討農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的削減措施,旨在為各地區(qū)因地制宜治理農(nóng)田面源污染提供決策依據(jù)。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 數(shù)據(jù)處理

BRT方法是基于分類回歸樹算法的一種自學(xué)習(xí)方法,能夠得出自變量對因變量的影響載荷,以及在其他自變量取均值或不變的情況下,該自變量與因變量的相互關(guān)系,并且輸出的因變量與自變量關(guān)系很直觀,結(jié)果容易理解,在國內(nèi)外環(huán)境研究方面有較多的應(yīng)用[11-14]。該方法在運(yùn)算過程中多次隨機(jī)抽取一定量的數(shù)據(jù)分析自變量對因變量的影響程度,剩余數(shù)據(jù)用來對擬合結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),對生成的多重回歸樹取均值并輸出結(jié)果,能夠提高模型的穩(wěn)定性。該方法在處理不同數(shù)據(jù)格式時(shí)具有很大的靈活性,且對預(yù)測變量的獨(dú)立性毋須做出事先假設(shè),能夠適應(yīng)復(fù)雜的非線性關(guān)系[15-16]。該文采用BRT方法分析農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度與各影響因素和指標(biāo)的關(guān)系,測算各因素和指標(biāo)對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)份額。采用R語言(R i386 3.2.4 Revised)完成BRT分析,學(xué)習(xí)速率(learning rate)參數(shù)設(shè)置為0.01,樹的復(fù)雜性(tree complexity)設(shè)置為5。

1.2 指標(biāo)設(shè)計(jì)

將影響農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的因素分解為結(jié)構(gòu)因素、技術(shù)因素和區(qū)域因素,反映各影響因素的指標(biāo)及其選擇依據(jù)如下:

(1)結(jié)構(gòu)因素

不同農(nóng)作物對氮肥的需求水平不同,需氮量較高的農(nóng)作物播種面積比例如果較高,施氮量往往也較高,農(nóng)田總氮流失潛力也會較高,因此，農(nóng)作物播種結(jié)構(gòu)必然影響農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度。采用不同類型農(nóng)作物播種面積比例來反映種植業(yè)結(jié)構(gòu)的影響。由于我國大部分地區(qū)糧食作物和蔬菜的化肥投入強(qiáng)度較高,因此，具體分析糧食作物播種面積比例(X11,%)和蔬菜播種面積比例(X12,%)2個(gè)指標(biāo)對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響。

(2)技術(shù)因素

農(nóng)田氮素容易隨著水分運(yùn)移過程而流失,因此，農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度與水、肥管理和耕作措施等技術(shù)因素有著密切關(guān)系。此外,在氮肥施用量相同條件下,復(fù)種指數(shù)較高的農(nóng)田,對于土壤中速效氮的吸收利用時(shí)間也更長,因此，氮肥利用率通常會更高,總氮流失強(qiáng)度往往也會隨之降低。因此,選擇氮肥投入強(qiáng)度(X21,kg·hm-2)、復(fù)種指數(shù)(X22,無量綱)和有效灌溉面積比例(X23,%)3個(gè)指標(biāo)來分析技術(shù)因素對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響。

(3)區(qū)域因素

區(qū)域因素包括自然地理因素和社會經(jīng)濟(jì)因素。在自然地理因素方面,氣候和土壤會通過水分運(yùn)移影響農(nóng)田氮素的流失,其影響機(jī)制較為復(fù)雜[17-18],選擇區(qū)位(X31,文本型變量,無量綱)來分析自然地理因素的影響,將全國劃分為華北、東北、華東、華中、華南、西南和西北7大區(qū)域,充分發(fā)揮BRT方法可用于處理定性變量的優(yōu)勢。社會經(jīng)濟(jì)因素主要通過農(nóng)戶肥料施用行為影響氮肥利用效率。人均土地面積較少、人均種植業(yè)產(chǎn)值較低的地區(qū),種植業(yè)通常不是農(nóng)戶家庭收入的主要來源,因此，傾向于粗放式的大水大肥管理模式,導(dǎo)致氮肥利用率較低,流失量較高;相反,人均耕地面積較多、人均種植業(yè)產(chǎn)值較高的農(nóng)戶則往往傾向于集約化種植以獲取經(jīng)濟(jì)效益最大化,因此，氮肥利用效率通常較高，流失量較低。因此，選擇人均耕地面積(X32,hm2)和人均種植業(yè)產(chǎn)值(X33,萬元)來分析社會經(jīng)濟(jì)因素的影響。

1.3 數(shù)據(jù)來源

農(nóng)田總氮流失量數(shù)據(jù)來自《中國環(huán)境年鑒》,是無機(jī)氮(硝態(tài)氮和銨態(tài)氮之和)和有機(jī)氮流失量的總和。

農(nóng)村人口數(shù)量、農(nóng)用地面積、耕地面積、種植業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積、糧食作物播種面積、蔬菜播種面積、有效灌溉面積等來自歷年的《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》,其他指標(biāo)采用以上數(shù)據(jù)計(jì)算得出,其中，農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度為單位農(nóng)作物播種面積的總氮流失量,復(fù)種指數(shù)為農(nóng)作物播種總面積與農(nóng)用地面積的比值。農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值統(tǒng)一折算為2012年不變價(jià)，以消除通貨膨脹的影響。各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值見表1。

表12012—2014年我國31個(gè)省、市、自治區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度影響因素指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

Table1StatisticsofindicesofthefactorsaffectingTNlossintensityoffarmlandduring2012-2014relativetoprovince

地區(qū) X11/%X12/%X21/(kg·hm-2)X22X23/%X31X32/hm2X33/萬元北京65.13±2.9925.85±2.72325.08±25.631.09±0.160.37±0.04華北0.07±0.000.55±0.02天津69.96±1.9618.79±0.17282.73±6.991.09±0.010.25±0.01華北0.16±0.000.77±0.03河北72.21±0.3713.95±0.20213.23±1.251.34±0.000.16±0.00華北0.17±0.000.84±0.01山西86.62±0.186.66±0.12146.81±1.960.93±0.000.11±0.00華北0.24±0.000.51±0.01內(nèi)蒙古77.62±0.573.85±0.14152.58±8.040.79±0.010.19±0.00華北0.91±0.021.22±0.05遼寧76.92±0.5511.55±0.13208.49±2.800.84±0.000.22±0.00東北0.34±0.001.09±0.02吉林88.10±0.994.06±0.30205.99±1.530.78±0.020.16±0.00東北0.56±0.000.98±0.04黑龍江94.86±0.632.14±0.0790.53±1.610.77±0.000.25±0.01東北0.99±0.021.50±0.05上海46.40±1.5235.10±0.45176.99±1.461.99±0.070.43±0.02華東0.07±0.000.66±0.02江蘇69.84±0.1217.60±0.23258.60±3.021.68±0.000.39±0.00華東0.17±0.001.08±0.01浙江54.60±0.8026.75±0.07249.47±3.271.16±0.010.39±0.00華東0.10±0.000.63±0.00安徽74.00±0.129.34±0.24184.58±1.111.52±0.000.17±0.01華東0.19±0.000.62±0.01福建52.49±0.4530.93±0.35253.89±1.861.71±0.010.41±0.00華東0.09±0.000.89±0.02江西66.46±0.0710.11±0.15110.27±0.301.80±0.010.30±0.02華東0.14±0.000.45±0.01山東66.71±0.4916.73±0.10211.47±3.381.44±0.010.14±0.00華東0.17±0.000.92±0.02河南70.47±0.4112.11±0.08232.14±0.721.76±0.010.09±0.01華中0.16±0.000.78±0.01湖北52.71±0.8814.23±0.17230.99±5.671.53±0.000.19±0.01華中0.20±0.000.98±0.01湖南57.16±0.3714.86±0.25153.12±3.762.08±0.020.23±0.00華中0.12±0.000.79±0.01廣東53.70±0.8627.61±0.79269.21±3.611.79±0.020.48±0.01華南0.08±0.000.67±0.02廣西50.77±0.6918.43±0.84173.18±4.641.37±0.020.35±0.00華南0.17±0.000.69±0.02海南48.96±2.3028.01±0.86252.50±4.891.18±0.000.39±0.01華南0.17±0.001.16±0.05重慶64.14±0.6719.39±0.50164.06±0.631.43±0.010.07±0.00西南0.20±0.000.71±0.01四川66.90±0.0713.26±0.26150.11±1.031.44±0.000.15±0.00西南0.15±0.000.64±0.01貴州57.89±0.8315.81±0.74113.15±2.961.18±0.030.09±0.00西南0.22±0.000.43±0.02云南63.06±0.3812.46±0.64180.44±1.911.14±0.020.14±0.00西南0.23±0.000.53±0.02西藏70.36±0.299.61±0.09100.15±5.340.56±0.011.11±0.00西南0.19±0.000.24±0.01陜西72.90±0.6711.51±0.22306.02±6.151.07±0.000.14±0.00西北0.22±0.000.87±0.02甘肅68.59±0.6411.58±0.41119.90±0.520.77±0.010.23±0.00西北0.36±0.000.67±0.01青海50.51±0.098.86±0.1793.53±1.410.94±0.000.40±0.01西北0.20±0.000.42±0.02寧夏63.89±2.149.37±0.35184.59±2.010.98±0.010.49±0.00西北0.42±0.010.80±0.01新疆41.78±0.835.77±0.16209.66±8.971.03±0.031.06±0.04西北0.42±0.001.44±0.08

X11為糧食作物播種面積比例； X12為蔬菜播種面積比例； X21為氮肥投入強(qiáng)度； X22為復(fù)種指數(shù)； X23為有效灌溉面積比例； X31為區(qū)位； X32為人均耕地面積； X33為人均種植業(yè)產(chǎn)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國農(nóng)田總氮流失量、流失強(qiáng)度及其省際差異

我國2012—2014年各省、市、自治區(qū)農(nóng)田總氮流失量和流失強(qiáng)度見圖1～2。農(nóng)田總氮流失量的年際變化相對較小,流失量最大的省份包括山東、河南和河北等,均為農(nóng)業(yè)大省,2014年其農(nóng)田總氮流失量分別為26.13、14.99和13.23萬t,其他省、市、自治區(qū)均在10萬t以下。農(nóng)田總氮流失量小于1萬t的省、市、自治區(qū)有北京、天津、上海、西藏、青海和寧夏。不同省、市、自治區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模不一,因此，采用農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度可以更好地反映各省、市、自治區(qū)農(nóng)田氮肥污染程度。2012、2013和2014年農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度年平均值為9.40～9.50 kg·hm-2,其中，華北、華南和華東地區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度總體上較高,3年平均值分別為16.51、15.16和14.01 kg·hm-2;農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度較低的地區(qū)是東北,3年平均值為3.41 kg·hm-2,其次是西南地區(qū)(7.02 kg·hm-2)和西北地區(qū)(8.18 kg·hm-2)。

各省、市、自治區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度之間存在很大的不均衡性,2014年農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度最高的是北京,達(dá)到42.13 kg·hm-2,遠(yuǎn)高于全國和華北地區(qū)平均水平,其次是海南和山東,分別為23.72和23.67 kg·hm-2;農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度超過10 kg·hm-2的省、市、自治區(qū)從大到小依次為西藏、天津、浙江、上海和河北;小于10 kg·hm-2的省、自治區(qū)從小到大依次為青海、黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、遼寧、寧夏和甘肅。

圖1 2012—2014年我國31個(gè)省、市、自治區(qū)農(nóng)田總氮流失量Fig.1 Provincial TN loss quantity during 2012-2014

圖2 2012—2014年我國31個(gè)省、市、自治區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度Fig.2 Provincial TN loss intensity during 2012-2014

2.2 農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的影響因素及其貢獻(xiàn)份額

各指標(biāo)對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)份額見圖3。結(jié)構(gòu)因素、技術(shù)因素和區(qū)域因素對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)份額分別為20.9%、28.5%和42.6%,區(qū)域因素對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響最大。各具體指標(biāo)中,區(qū)位的貢獻(xiàn)份額最大,達(dá)到20.0%；其次是農(nóng)田氮肥投入強(qiáng)度,其貢獻(xiàn)份額達(dá)到18.9%；有效灌溉面積比例貢獻(xiàn)份額最小,為7.3%；其他指標(biāo)的貢獻(xiàn)份額在10.4%～11.5%之間。

2.3 農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度與各影響因素之間的數(shù)量關(guān)系

各類因素對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響見圖4。結(jié)構(gòu)因素中,糧食作物播種面積比例和蔬菜播種面積比例對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響總體上呈增加趨勢。當(dāng)糧食作物播種面積比例在55%～70%之間時(shí),農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度隨著糧食作物播種面積比例的增加呈線性增加,增加幅度約為1.2 kg·hm-2,在這個(gè)范圍以外則影響不顯著。當(dāng)蔬菜播種面積比例在10%～20%之間時(shí),農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度隨著蔬菜播種面積比例的增加呈線性增加,增加幅度約為2.5 kg·hm-2,在這個(gè)范圍以外則影響較小。

技術(shù)因素中,氮肥投入強(qiáng)度和有效灌溉面積比例對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響總體上呈增加趨勢,復(fù)種指數(shù)對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響呈減少趨勢(圖4)。氮肥投入強(qiáng)度在100～250 kg·hm-2之間時(shí),農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度隨著氮肥投入強(qiáng)度的增加而增加,增加幅度約為4 kg·hm-2,在這個(gè)范圍以外則影響較小。農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度隨著復(fù)種指數(shù)的增加而降低,降低幅度約為1.3 kg·hm-2,在這個(gè)范圍之外則影響幅度較小。有效灌溉面積比例在0.3～0.6 kg·hm-2之間時(shí),農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度隨著有效灌溉面積比例的增加而增加,增加幅度約為2 kg·hm-2?？梢姡喔葘r(nóng)田總氮流失強(qiáng)度有顯著影響,這與過量灌溉導(dǎo)致的氮肥淋溶和水田排水導(dǎo)致的總氮流失密切相關(guān)。

X11—糧食作物播種面積比例； X12—為蔬菜播種面積比例； X21—氮肥投入強(qiáng)度； X22—復(fù)種指數(shù)； X23—有效灌溉面積比例； X31—區(qū)位； X32—人均耕地面積； X33—人均種植業(yè)產(chǎn)值。

上框線刻度表示各因子的數(shù)值分布特征,刻度間距為10%; 曲線表示在其他因子取均值時(shí),某因子與農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度之間的關(guān)系。

區(qū)域因素中,區(qū)位因素對于農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)最大(圖3),影響幅度也較大,表明氣象、地形、土壤等自然地理因素對于農(nóng)田氮肥流失影響顯著。降雨量大、坡度大和土壤保肥能力較差的區(qū)位,施入農(nóng)田的氮肥很容易隨水分運(yùn)移而流失?？傮w上，華北、華東、華南和華中地區(qū)農(nóng)田氮肥更容易流失；東北地區(qū)以平原為主,地形平坦，降雨量小,土壤保肥能力強(qiáng),因此，氮肥不容易流失。

人均種植業(yè)產(chǎn)值對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響總體上呈減少趨勢(圖4),當(dāng)人均種植業(yè)產(chǎn)值在0.6萬～1.1萬元之間時(shí),農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度隨著人均種植業(yè)面積的增加而降低,降低幅度約為1.5 kg·hm-2。人均耕地面積對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響總體上呈減少趨勢,人均耕地面積在0.18～0.35 hm2之間時(shí),農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度隨著人均耕地面積的增加而降低,降低幅度約為4.2 kg·hm-2。

由圖4可知,導(dǎo)致農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度增加的指標(biāo)影響力從大到小依次為氮肥投入強(qiáng)度、蔬菜播種面積比例、有效灌溉面積比例和糧食作物播種面積比例。促進(jìn)農(nóng)田氮素流失強(qiáng)度降低的指標(biāo)從大到小依次為人均耕地面積、復(fù)種指數(shù)和人均種植業(yè)產(chǎn)值。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)我國統(tǒng)計(jì)部門發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果表明,2012—2014年我國農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度年平均值為9.40～9.50 kg·hm-2,其中，華北、華南和華東地區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度總體上較高,3年平均值分別為16.51、15.16和14.01 kg·hm-2;農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度較低的地區(qū)是東北,3年平均值為3.41 kg·hm-2,其次是西南地區(qū)(7.02 kg·hm-2)和西北地區(qū)(8.18 kg·hm-2)。結(jié)構(gòu)因素、技術(shù)因素和區(qū)域因素對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)份額分別為20.9%、28.5%和42.6%。區(qū)位因素對于農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)最大,影響幅度也較大?？傮w上，華北、華東、華南和華中地區(qū)農(nóng)田氮素更容易流失,其中，華北地區(qū)是過量灌溉造成氮肥淋溶流失,其他3個(gè)地區(qū)降雨量相對較大,氮素主要通過徑流流失。糧食作物播種面積比例、蔬菜播種面積比例、氮肥投入強(qiáng)度和有效灌溉面積比例對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響總體上呈增加趨勢,復(fù)種指數(shù)、人均種植業(yè)產(chǎn)值和人均耕地面積對農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的影響總體上呈減少趨勢。

目前，我國華北、華南、華東和華中地區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度總體上較高,這不但與種植業(yè)結(jié)構(gòu)和水肥管理有關(guān),而且與自然因素有著密切關(guān)系。以上4個(gè)地區(qū)氮肥施用強(qiáng)度均顯著高于全國平均水平,因此，其總氮流失強(qiáng)度也相對較大。華北和華中地區(qū)農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度較大還可能與糧食作物播種面積比例較大有關(guān),華北和華中北部地區(qū)降雨量相對較少,氮肥流失途徑主要是隨著灌溉水滲漏垂向淋溶逐漸進(jìn)入地下水[19],因此，控制糧田氮肥淋溶損失是關(guān)鍵。華中南部、華東和華南地區(qū)水田面積大,蔬菜播種面積也較大,灌溉用水較多,再加上降水量較大,因此，農(nóng)田氮肥比較容易隨著農(nóng)田排水或降雨徑流而流失[20]。

華北、華東、華南和華中地區(qū)是我國農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度削減的關(guān)鍵區(qū)域。這些地區(qū)應(yīng)大力推廣測土配方施肥技術(shù)、節(jié)水灌溉技術(shù)和水肥一體化技術(shù)等來統(tǒng)籌水肥管理,降低氮肥使用量,提高氮肥利用效率,從而達(dá)到削減農(nóng)田總氮流失強(qiáng)度的目的。華北和華中地區(qū)還可以通過推廣深根作物品種和種植冬季作物提高復(fù)種指數(shù),這有助于充分利用土壤中殘留的氮肥,防止土壤殘余氮肥通過淋溶向下遷移進(jìn)入地下水。華東和華南地區(qū)降雨量較大,水田和菜地面積大,需重點(diǎn)控制氮肥隨排水損失或降雨徑流流失,建議根據(jù)作物需肥規(guī)律分期分次施用,降低氮肥投入強(qiáng)度,同時(shí)充分利用農(nóng)村溝渠系統(tǒng)截留農(nóng)田流失的氮肥,避免其進(jìn)入周邊水體造成富營養(yǎng)化。

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AnalysisofProvincialVariationofTNLossIntensityofFarmlandBasedonBRTMethodandItsAffectingFactors.

WANG Di1, WANG Ming-xin2, QIAN Zhong-ping1, ZHOU Jie2, JI Cai-ya2

(1.Economy & Trading Management School, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China; 2.College of Environmental & Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China)

The boosting regression tree method was used to analyze provincial variation of TN loss intensity of farmland during 2012-2014 and its affecting factors, of which contribution rates were calculated. Furthermore relationships of the intensity with the factors were analyzed. Results show that the mean loss intensity of the period of 2012-2014 was in the range of 9.40-9.50 kg·hm-2in the country. North China, South China, and East China was relatively high, with mean of the three years being 16.51, 15.16 and 14.01 kg·hm-2, respectively, whereas Northeast China, Southwest China and Northwest China was relatively low with mean being 3.41, 7.02 and 8.18 kg·hm-2, respectively. Factors affecting the intensity were found including structural, technical and regional ones, of which the contribution rate reached 20.9%, 28.5% and 42.6%, respectively. Obviously, regional factor was the major one and the highest in influencing degree. North China, South China, East China and Central China, where soil N in farmland is more liable to get leached, are the focal points for N loss control. Ratio of cereal crops and vegetable in area, nitrogen fertilization intensity and ratio of effective irrigated farmlands in area were also factors positively affecting the intensity, while multiple cropping index, farming output value per capita, and farmland area per capita were negative factors. It is, therefore, recommended to readjust or optimize agricultural structure, water and fertilizer management and land use in the light of the natural and socio-economic conditions of the region, so as to reduce the loss intensity of soil TN from the farmland.

farmland; total nitrogen; provincial variation; BRT; influencing factor; contribution rate

2017-03-10

國家自然科學(xué)基金(41641032,41772240); 江蘇省政策引導(dǎo)類計(jì)劃(產(chǎn)學(xué)研合作)——前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2015027-08); 江蘇省高?！扒嗨{(lán)工程”項(xiàng)目

① 通信作者E-mail: wmxcau@163.com

X53; F062.2

A

1673-4831(2017)12-1057-07

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.12.001

王迪(1982—),女,河南南陽人,講師,碩士,研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)、資源與環(huán)境管理。E-mail: wendywang19822000@163.com

李祥敏)