湖北省不同油菜种植模式氮足迹分析

摘要

随着化肥施用量的增加，过多的活性氮没能被农作物吸收而以各种形式排放到环境当中，引起了水体富营养化、地下水污染、全球变暖等环境问题。氮足迹的研究就是定量某种产品或服务生产全过程的活性氮总和，通过计算农产品氮足迹，可以明确作物种植各个环节不同类型氮素排放，找出农田氮素排放的根源和减排的潜力，进而对农业生产进行指导，得到科学合理的农作模式。湖北省油菜种植在全国占有重要地位，实地调研结果显示油菜种植过程中氮肥施用过量的现象普遍存在。本文选取湖北省油菜种植为研究对象，从氮足迹的角度分析和对比不同油菜种植模式活性氮的利用和过量排放情况。
　　本研究主要内容包括：⑴在DNDC模型所构成的方法体系下，计算作物种植不同阶段的氮吸收和排放特征，进而计算出各自的氮素利用效率。与测土配方推荐施肥情况进行对比，发现湖北省油菜种植中氮肥用量不足及过量施肥的情况均有存在，平均氮素利用效率为36.36％。⑵在生命周期分析框架内，通过DNDC模型计算出湖北省油菜田间种植环节活性氮排放数据，使用Gabi软件计算投入到单位面积油菜田的氮肥生产和柴油制造环节活性氮排放。湖北省油菜种植生命周期活性平均氮足迹为48.27kgN/hm2，其中油菜田间种植环节产生的活性氮排放占总氮足迹的平均比例为98.11%，是整个生命周期活性氮排放的主要来源。在油菜田间种植的活性氮排放中，NH3挥发和NO3ˉ是主要的排放形式。⑶耕作方式的改变会影响氮素在种植过程中的吸收和流失，使用DNDC模型在其它条件一致的背景下，对常规翻耕和免耕两种油菜耕作模式田间种植环节活性氮排放进行模拟。模拟结果显示，免耕条件下油菜田间种植环节活性氮排放比常规耕作条件有所降低。⑷前茬作物类型即油菜种植的土壤属性也是影响活性氮排放的重要因素之一。论文使用DNDC模型对水稻田种植和旱作两种油菜种植模式田间种植环节活性氮排放进行模拟，结果显示，旱作农田油菜田间种植环节的活性氮排放比水稻田种植增加了36.01%。与水稻田种植相比，旱地条件下油菜种植环节的NH3挥发大幅增加，而N2O排放和NO3￣则出现了显著降低。⑸化肥投入量是影响油菜种植期间活性氮排放的最重要因素。论文在DNDC模型支持下，通过改变化肥投入量这一参数，模拟化学氮肥施用量和油菜籽生物量碳以及田间活性氮排放间的相关关系和变化趋势。结果表明，随着氮肥施用量的增加油菜籽生物量碳和田间活性氮排放均呈增加趋势，在沙洋县现有耕作习惯这一背景条件下，当氮肥施用量达到200kgN/hm2，油菜籽生物量碳达到最大值并随着化学氮肥施用量的增加而保持相对稳定，由此可以确定该种植模式下的最佳化肥使用量。⑹通过DNDC模型模拟不同有机肥施用量和油菜籽生物量碳变化趋势，对比分析获得相同油菜籽生物量碳时化学氮肥和有机肥的施用量以及各自的油菜种植氮足迹。结果显示，油菜田间种植环节活性氮排放，施用猪粪尿与施用化肥造成的排放量基本相当，施用家禽粪便和市政污泥的排放远低于施用化肥造成的活性氮排放。但由于获得相同产量条件下，猪粪尿、家禽粪便和市政污泥施用量大，有机肥在堆肥环节也将产生大量的活性氮排放，因此从整个油菜种植生命周期的角度，化肥使用所带来的氮足迹相对较小。同时由于本论文计算过程中只考虑氮足迹，而化肥生产过程主要是以消耗能源产生包括二氧化碳在内的碳足迹为主，因此对化肥施用的环境影响要综合分析。

目录

声明

1 前言

1.1 研究背景

1.2 氮足迹研究

1.3 田间种植环节活性氮排放

1.4 定量化区域农田活性氮损失的模型

1.5 研究存在的问题和不足

1.6 研究内容

1.7 技术路线

2 湖北省油菜氮足迹核算

2.1 研究区域概况

2.2 生命周期分析

2.3 DNDC模型

2.4 氮素利用效率（NUE）

2.5 数据来源

3 结果分析与讨论

3.1 油菜种植投入产出分析

3.2 湖北省不同地区氮素利用效率分析

3.3 湖北省不同地区油菜种植氮足迹

3.4 不同耕作方式下油菜田间种植活性氮排放

3.5 不同土地类型下油菜活性氮足迹

3.6 不同肥料类型条件下油菜活性氮足迹

4 结论

参考文献

附录

致谢