1 км

Научные данные, том 10, Номер статьи: 363 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Информация о нормах фосфора с высоким разрешением по конкретным культурам необходима для устойчивого управления сельскохозяйственными удобрениями в Китае. Однако в текущем наборе данных по фосфорным удобрениям существуют существенные неопределенности, поскольку при разработке набора данных используются только грубые национальные статистические данные и не предоставляется информация по конкретным культурам. В этом исследовании были согласованы статистические данные по фосфору и компонентным удобрениям на уровне провинций и округов, а также данные о распределении сельскохозяйственных культур для создания карт с координатной сеткой размером 1 км по нормам фосфора для риса, пшеницы и кукурузы в 2004–2016 годах (CN-P). CN-P предоставляет сопоставимую оценку нормы фосфора для каждой культуры за 2004–2016 годы и демонстрирует улучшенную пространственную неоднородность. Существующий набор данных, разработанный с использованием национальной статистики, имеет тенденцию сглаживать изменчивость внутри страны и значительно занижает фактические нормы фосфора. CN-P показывает, что в течение 2004–2016 годов пшеница получила наибольшую норму фосфора (8,7 г P2O5 м-2), в то время как кукуруза продемонстрировала самую быструю тенденцию к увеличению (2,36% год-1). Набор данных CN-P имеет потенциал для широкого применения в исследованиях по моделированию стратегий устойчивого управления сельскохозяйственными удобрениями и загрязнения фосфором.

Фосфор играет жизненно важную роль в выращивании сельскохозяйственных культур1,2 и удовлетворении потребностей в продовольствии3,4,5. Китай является крупнейшей страной-производителем и потребителем фосфорных удобрений6. В 2020 году в Китае произведено около 13 млн тонн фосфорных удобрений, и около 9 млн тонн использовано в сельском хозяйстве, что составляет 20,6% мирового потребления фосфорных удобрений7. С 1980 года общее применение фосфорных удобрений выросло, и в 2050 году прогнозируется значительный спрос на фосфорные удобрения из-за роста населения в Китае4.

Чрезмерное использование фосфорных удобрений приводит к ряду экологических проблем8. В настоящее время двадцать провинций подвержены разному уровню загрязнения фосфором9. Было обнаружено, что доступный в почве фосфор увеличился с 17,09 мг/л в 1990-е годы до 33,28 мг/л в 2000-е годы в Китае10; и фосфор 48 Tg выщелачивался в водные объекты за последние 60 лет3,11. Как следствие, эвтрофикация была обнаружена в 23,6% крупных озер Китая, причем 4,5% были умеренно эвтрофными, а 0,9% были сильно эвтрофными12. Таким образом, устойчивое управление фосфорными удобрениями имеет решающее значение как для продовольственной безопасности, так и для сохранения окружающей среды.

Чтобы изучить эффективное управление фосфорными удобрениями, очень важно понять состояние нормы фосфора в сельском хозяйстве. Предыдущие исследования изучали исторический след фосфора6, перемещение фосфора1 и потери фосфора3. Эти анализы обычно основаны на статистике по фосфору в национальном масштабе, полученной от FAOSTAT7 и IFASTAT13. Лу и Тиан14 разработали массив данных по сельскому фосфору в координатной сетке, в котором они получили данные о потреблении фосфора в координатной сетке путем умножения статистических данных по нормам фосфора в национальном масштабе на данные о пахотных землях, представленные в координатной сетке. Несмотря на широкое использование, в существующем наборе данных есть три основных недостатка: (1) Наиболее широко доступные статистические данные по фосфору относятся к национальному масштабу. Это очень грубые данные, и они имеют тенденцию объединять пространственные неоднородности внутри страны; (2) Источником данных по норме фосфора был отдел статистики, а данные о пахотных землях были получены методом дистанционного зондирования в информационном продукте. Прямое объединение двух видов данных может вызвать проблему несогласованности статистического уровня; (3) Текущий набор данных по фосфору в координатной сетке предоставляет только информацию об общем содержании фосфора в сельском хозяйстве, а не по конкретным культурам. Отсутствие данных по конкретным культурам приводит к трудностям разделения фосфорных удобрений по различным культурам и сезонам вегетации при моделировании анализа.

Чтобы преодолеть эти недостатки, мы создали новый набор данных по нормам фосфора в координатной сетке, который получил название CN-P. CN-P представляет собой набор данных с координатной сеткой с разрешением 1 км по нормам фосфора для трех основных продовольственных культур (т.е. риса, пшеницы и кукурузы) в Китае за 2004–2016 годы. Он содержит координатные карты нормы фосфора за каждый год по каждой культуре. При построении данных мы использовали статистику на уровне округа, которая является лучшей сельскохозяйственной статистикой в ​​Китае. После проверки мы обнаружили, что CN-P демонстрирует сопоставимую норму фосфора для конкретной культуры с предыдущими фермерскими исследованиями и обеспечивает улучшенное пространственно-явное распределение по сравнению с предыдущим набором современных данных при сравнении за отдельный год. Мы обнаружили, что использование только национальной статистики в предыдущем наборе данных по фосфору в координатной сетке имеет тенденцию сглаживать пространственную изменчивость и значительно недооценивать нормы фосфора в сельском хозяйстве.