【JCP】小麦生产中控释和普通尿素掺混的农学、环境和生态经济效益的综合评估

第一作者:张玲 博士

通讯作者:陈新平 教授;

期刊:Journal of Cleaner Production

通讯单位:西南大学

尽管已证明将控释尿素(CRU)与普通尿素(CU)混合是提高小麦生产中谷物产量和氮利用效率的有效策略,但其生命周期评估(LCA)的环境表现和生态经济收益尚不清楚。为了评估掺混尿素(BU)的农学,环境和生态系统经济性能,从2017年到2019年,在华北平原进行了5种氮肥(0-300 kg N ha-1)和两种氮肥源(CU和BU)的田间试验。

结果表明,与CU相比,在最佳氮肥处理(170 kg N ha-1)和更高的氮肥用量下,种植前一次性施用BU保持了相同的高谷物产量和氮素吸收;在优化下调N(Nsub)处理下,谷物产量提高了12.6%。 LCA结果表明,BU可将生命周期中的活性氮(Nr)损失显著减少16-19%,将N足迹降低14-25%,这主要归因于氨挥发(17-20%)和硝酸盐淋洗所减少的N损失 (18%)。与CU相比,BU使氮肥生产和运输过程中的温室气体(GHG)排放量增加了4%,但在田间施用氮肥过程中显著减少了16-35%的温室气体排放量。两种肥料之间的总温室气体排放量和碳足迹没有显着差异。相反,当以优化下调氮处理施肥时,BU比CU减少了C足迹。根据同时考虑了生态系统和人类健康成本的生态经济分析,BU比CU提高了生态经济效益(EEB),而农民的常规水平(300 kg N ha-1)除外。当以最佳水平使用BU时,可以达到最高的EEB。综上所述,以最佳氮肥施用BU不仅可以实现较高的籽粒产量,而且在减轻环境不利影响的同时提高EEB,因此应被视为可持续小麦生产系统的有效策略。

▼试验设计:

氮空白、优化下调、优化、优化上调、农户传统

▲在2017-2018年和2018-2019年不同氮处理下的小麦籽粒产量

▲各氮处理小麦生命周期2017-2018和2018-2019生长季平均活性氮损失和温室气体排放

▲各氮处理小麦生命周期2017-2018和2018-2019生长季平均氮足迹和碳足迹

▲两个冬小麦生长季中,不同氮处理下冬小麦生产的平均成本和收益

▲考虑农艺、环境和经济效益,朝向可持续冬小麦氮素管理的“两步走”策略。

▼结论

在这项研究中,进行了多标准评估,结合了实地测量,整合分析,LCA和EEB,以确定将CRU与普通尿素以最佳氮比混合的潜力,以确保作物生产,环境可持续性和生态经济效益。结果表明,通过使氮素释放速率与作物氮素需求量同步,处于最佳氮素利用率的BU可以显著改善环境和生态系统的经济效益,同时将作物产量和NUE保持在较高水平。主要发现:

1)与CU相比,BU在Nopt处理中保持较高的籽粒产量,而在Nsub处理中保持较高的籽粒产量。

2)从环境角度来看,BU在所有N用量下均减少了Nr损失和N足迹。 BU还减少了Nsub处理中的C足迹,在Nopt处理中显示出低C足迹;

3)BU提高了生态经济效益,并与最佳氮肥施用量结合达到了最高价值。

这些结果表明,BU-Nopt有潜力支持更可持续和更清洁的小麦生产。我们的研究表明,需要进一步的研究来探索在各种种植系统和地区下,尤其是在气候条件有利于氮释放的轻质土壤或低有机质土壤上的BU-Nopt策略。

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