高集约化农区土地利用系统过程模拟及其环境风险控制

项目拟从土地利用系统模拟的角度，结合格局-过程分析和农户土地利用单元的定位研究，建立基于物质流分析原理（MFA）的集约化农区土地利用过程模型，定量模拟不同土地利用系统的输入-输出过程和污染物累积途径及其环境风险。选择以大城市城郊农业区和粮食主产区为代表的高集约化农区开展案例研究，评价不同土地利用强度和管理模式下的环境风险程度；并采取修正农户土地利用行为和优化农区景观格局两种尺度，构建投入减量化和低环境风险的可持续土地利用模式，为高集约化农区的环境质量提升以及农业与农村的可持续发展提供科学依据。

项目针对高集约化农区不合理的土地利用活动所导致的高环境风险问题，从土地利用系统角度，引入物质流分析原理，开展不同尺度农业土地利用系统过程解析和定量模拟，探析从区域—景观（小流域）—田块（农户）尺度的污染物累积机制和环境风险控制途径。项目选择了洞庭湖粮食主产区、上海城郊农业区作为主要试验研究区，按计划实施了项目研究方案，达到了预定研究目标，并获得以下主要研究成果。应用多智能体模型和物质流分析方法，实现了定量解析和模拟农业土地利用过程中的主要污染物的输入、输出和累积途径，揭示了高集约化管理模式下典型土地利用系统的环境风险形成机制；构建了一套基于土地利用系统的环境风险识别、评价、预警、防控等过程的高集约化农区环境风险管理框架；探讨了基于粮食安全与环境风险控制目标的可持续农业土地利用系统设计方法和理论模式，并应用标准景观情景方法，根据“源-流-汇”景观格局与水环境质量的定量模拟结果，从农业景观格局优化、农户行为与意识引导、农业和土地政策调控三方面，构建了不同目标情景下的农业景观空间格局，探索了基于投入减量化和低环境风险的可持续土地利用模式，并在环淀山湖地区试验推行了基于化肥农药减量增效为目标的稻-鸭共作、蔬菜-豆科间作的种养耦合农作模式，对减少农业面源污染保护水源地环境取得显著效果。此外，项目组还在化学物质过度投入、土壤重金属污染、外源环境投入的纳米材料所导致的农产品质量安全和环境风险影响方面研究也获得了一些实质性的进展和发现；并应用人地关系理论，结合土地利用系统的物质流（源-路径-汇）分析框架，初步建立了区域土壤重金属风险综合管理模式，并在洞庭湖区土壤重金属污染与稻米累积风险预警研究方面取得了初步结论。项目共计发表论文58篇，其中SCI\SSCI收录36篇，EI收录9篇，CSCD\CSSCI中文核心13篇。