不同施肥措施对黑土区玉米氮效率及碳排放的影响

摘要

【目的】以东北黑土区玉米生产体系为研究对象,探究不同施肥措施对玉米籽粒产量、氮肥利用效率及碳排放的影响,以实现该地区粮食平稳增产的同时降低农业生产碳排放。【方法】在黑龙江典型黑土区进行了两年玉米田间试验,试验设5个处理:不施氮肥(CK);推荐施肥处理(RF);推荐施肥+有机氮替代20%化肥氮(MRF);推荐施肥+秸秆还田(SRF)和农民传统施肥(TF)。通过调查玉米全生育期农资投入,结合生命周期评价法,系统分析不同处理下玉米籽粒产量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力及碳排放的主要影响因子。【结果】与TF处理相比,RF、MRF和SRF处理的玉米产量分别平均提高了1.3%、6.2%、7.6%,氮肥农学效率分别显著提高了31.3%、82.6%、50.3%(P<0.05),氮肥偏生产力分别显著提高了29.0%、69.0%、37.0%(P<0.05);各处理籽粒产量、氮肥农学效率及氮肥偏生产力在不同年际间均无显著变化。玉米整个生长周期内,RF、MRF、SRF及TF处理的碳排放量较CK处理分别显著提高了37.6%、24.0%、38.5%、63.6%(P<0.05),两年试验各施氮处理碳排放量均以MRF处理最低。玉米整个生产周期中碳排放的主要贡献因子是氮肥投入量及氮损失(N_(2)O+NH_(3)+NO_(3)^(-)),贡献率超过70%;其次为农药与柴油投入,贡献率分别约为10.2%、13.6%;磷、钾肥占比最低,贡献率总和不足3%。与TF处理相比,RF、MRF及SRF处理的碳排放量分别显著降低了16.0%、24.7%、16.4%,MRF处理的碳排放量又较RF与SRF处理分别显著降低了9.9%、10.4%(P<0.05)。【结论】在东北黑土区玉米生产中,氮肥用量及损失量贡献了70%的总碳排放。降低氮磷肥用量、提高钾肥用量可以保证玉米产量稳定。相较推荐施肥和秸秆还田处理,有机态氮代替20%化肥氮处理可以在稳产的同时,更有效地提高氮肥利用效率、减少氮素损失,因而其综合的碳排放最低,有利于实现农业可持续发展。