长江中游地区稻麦生产系统碳足迹及氮足迹综合评价

【目的】长江中游地区是我国重要的稻麦轮作区,为保障我国粮食安全起到至关重要的作用。农业生产是主要的温室气体和活性氮排放源,定量评估稻麦系统碳足迹和氮足迹对实现该地区低碳绿色农业具有重要的意义。【方法】本研究基于农户调查问卷,通过生命周期评价法,系统分析长江中游地区稻麦生产系统碳足迹和氮足迹构成及大小,并进一步分析了其影响因素。【结果】长江中游地区稻麦生产系统单位面积碳足迹和氮足迹分别为CO2-eq 7728.8 kg/hm^2和N-eq 190.6 kg/hm^2。CH4排放和NH3排放分别是长江中游地区稻麦生产温室气体排放和活性氮排放的主要来源,分别占稻麦生产碳足迹和氮足迹的39.0%和91.8%。逐步回归分析表明,稻麦生产碳足迹和氮足迹主要受柴油和肥料的影响。在调研的稻麦生产农户中发现种植规模与碳足迹和氮足迹呈显著负相关关系,与小规模稻麦种植相比,大规模种植单位产量碳足迹和氮足迹分别降低了22.6%和43.9%。稻麦生产系统单位产量碳足迹、氮足迹随着产量的增加呈显著增加趋势。【结论】大力发展节肥节水技术,同时构建机械化、规模化农作种植模式是实现长江中游地区农业节能减排和绿色高效的重要途径。     

不同蔬菜品种生产效益和碳效益评价

实验通过对浏阳市4个农场2种生产模式8种蔬菜3年的经济(生产成本、投入产出比等)和环境(碳排放量、碳足迹)指标值进行分析,结果表明:(1)有机生产模式的投入产出比和碳足迹分别为无公害生产的18.5%和87.4%;(2)肥料和电耗是最主要的碳排放来源,分别占碳排放总量的58.76%和16.67%;(3)碳排放量和碳足迹都与N肥之间成正相关关系,即施用的N肥越多,碳排放量就越多,碳足迹也越大;(4)有机模式下,有机肥用量达到122 352 kg·hm~(-2)时,作物产量最大;而无公害模式下,农用化学品投入20 103元·hm~(-2)时,叶菜产量最大。因此,要保障蔬菜增产丰收,同时尽可能地减少碳排放量,其主要出路在于推广有机模式,增施有机肥,减少无机N肥和其他农用化学品的使用,建立节水灌溉体系以节约用电量。     

长期不同施肥措施下黑土作物产量与养分平衡特征

为了明确长期不同施肥措施下黑土作物产量及养分平衡特征,利用开始于1979年的哈尔滨黑土肥力长期定位试验,以小麦-大豆-玉米轮作(3a)为一个周期,选取对照(不施肥,记作CK)、常量氮磷钾化肥配施(小麦施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2,大豆施N、P2O5量分别为75、150 kg/hm2,玉米施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2,K2O共施75 kg/hm2,记作NPK)、常量有机肥(施肥18 600 kg/hm2,记作M)、常量化肥有机肥配施(化肥施量同NPK,有机肥施量同M,记作MNPK)和二倍量氮磷化肥有机肥配施(小麦施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2,大豆施N、P2O5量分别为150、300 kg/hm2,、玉米施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2,有机肥共37 200 kg/hm2,记作M2N2P2)5个处理,研究了不同作物的平均产量、产量年际变化和土壤养分表观平衡。结果表明:1)较CK,长期平衡施用化肥或化肥配施有机肥提高了作物产量,多年平均增产率分别在82.5%~91.6%(小麦)和35.6%~40.9%(玉米)之间。长期不同施肥措施增产效果表现为M2N2P2MNPKNPKM,有机无机肥配施与单施化肥处理间作物产量差异不显著。2)长期不施肥处理小麦和玉米产量随试验年限推移呈下降趋势,降幅分别为13.93和42.61 kg/(hm2·a),大豆则以7.409 kg/(hm2·a)的速率增加。施肥处理小麦、大豆和玉米产量随试验年限的增加呈总体上升的趋势。3)在该试验条件下,长期施用常量化肥处理(NPK)和常量化肥有机肥配施处理(MNPK)土壤氮亏缺量分别为29.7和17.5 kg/hm2,磷盈余量分别为33.4和61.2 kg/hm2。各处理土壤中钾素均表现为亏缺,亏缺量在30.4~73.0 kg/hm2之间。MNPK处理氮、钾供应状况有所改善,较NPK处理分别增加12.2和27.6 kg/hm2。4)作物产量与土壤有机质、碱解氮、有效磷、降雨量、生育期日平均气温呈显著正相关关系(P0.05)。5)在黑土小麦-大豆-玉米典型轮作制度下,基于土壤养分平衡特征提出"稳氮、减磷和增钾"的施肥策略。该研究为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生产提供依据。     

“麦／玉／豆”套作种植模式氮肥周年平衡施用初步研究

运用双佳值法对小麦/玉米/大豆套作种植模式氮肥周年施用量及作物间分配比例进行了研究,结果表明,该种植模式在中产田的周年氮肥最佳施用总量为342.8 kg/hm2,小麦、玉米和大豆适宜分配比例为33.76:35.71:30.54,各作物最佳施氮量为小麦115.73 kg/hm2、玉米122.41 kg/hm2、大豆104.69 kg/hm2.     

大豆不同种植模式试验

以齐黄34为材料,研究了不同种植模式对大豆产量的影响。结果表明,全膜等距微垄沟播种植模式下的大豆折合产量最高,为2 845.57 kg/hm2,较露地点播增产75.6%;全膜覆土穴播次之,为2 678.97 kg/hm2,较露地点播增产65.3%;全膜双垄沟侧播排第3,为2 548.40 kg/hm2,较露地点播增产57.2%。全膜等距微垄沟播种植模式下的大豆产量优于全膜覆土穴播种植模式和全膜双垄沟侧播种植模式,推荐为大豆种植的最佳模式。     

不同施肥对滴灌大豆磷素积累与分配的影响

采用节水滴灌方式，研究肥料用量和施肥时期对滴灌大豆磷素积累、分配、利用及产量的影响，目的是探索节水灌溉与施肥相结合的灌溉施肥新模式。结果表明，在滴灌条件下前期种肥的供给对大豆磷素积累及产量的形成非常重要，T1（1/2种肥）、T2（种肥）、T3（3/2种肥）、T4（1/2种肥+花期1/2滴肥）、T5（1/2种肥+结荚期1/2滴肥）处理的滴灌大豆磷素积累量大，吸收利用率较高（种肥为尿素75 kg/hm2、磷酸二铵150 kg/hm2、硫酸钾90 kg/hm2，滴肥为尿素127.5 kg/hm2、磷酸二氢钾为133.5 kg/hm2）；综合产量因素，在种肥用量为尿素37.5 kg/hm2、磷酸二铵75 kg/hm2、硫酸钾45 kg/hm2的基础上，在结荚期再滴施尿素63.75 kg/hm2、磷酸二氢钾66.75 kg/hm2，这种滴灌施肥方式效果最佳。     

大豆新品种陇豆3号选育报告

为改良大豆种质,提高其产量和品质,甘肃省农业科学院作物研究所以广适、丰产、抗逆性强的品种中品661为母本、吉育88为父本,经人工有性杂交采用系谱法选育出了大豆新品种陇豆3号。2019 — 2020年参加甘肃省大豆区域试验,2 a平均折合产量 2 771.25 kg/hm2,较对照品种陇豆2号增产8.00%。2021年参加甘肃省大豆生产试验,平均折合产量 2 677.20 kg/hm2,较对照品种陇豆2号增产 9.94%。该品种丰产性好,抗花叶病毒病,抗灰斑病,籽粒粗蛋白含量 381.8 g/kg,粗脂肪含量 208.2 g/kg。适宜甘肃省陇东、天水、沿黄和河西灌区春播,陇南地区夏播。     

山西省作物生产蓝绿水足迹核算及影响因素分析

基于水足迹理论,对山西省2005—2014年11个市主要粮食作物生产蓝水和绿水足迹进行了量化,并结合农业与气候数据分析了其时空变异及气候影响因素。结果表明:近10年山西省各地区粮食作物生产水足迹呈下降趋势,且蓝水足迹下降趋势较绿水足迹显著;全省综合作物生产蓝水足迹从1.11降到0.64 m³/kg。不同作物间生产水足迹差异显著,大豆生产蓝绿水足迹均最高,分别为2.74,2.11 m³/kg;前者是玉米生产蓝水足迹的6.5倍,后者是小麦生产绿水足迹的5.1倍。从蓝绿水构成来看,山西省绿水比例南多北少;其多年均值为46%,具备提高绿水资源利用效率的空间。不同区域间作物生产蓝绿水足迹均表现出由北向南波动中下降的趋势,大同和吕梁地区水足迹较高。通径分析结果显示气候因子中的日照、气温和降雨是影响作物生产水足迹的主要影响因素。在山西省范围内,气候条件的时空差异是造成作物生产水足迹时空变异的主要原因,农业生产资料投入的影响较小。     

大豆新品种陇黄2号选育报告

陇黄2号是由甘肃省农业科学院旱地农业研究所和农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)于2008年从山西省农业科学院经济作物研究所引进的以晋豆23为母本、鲁豆4号为父本常规杂交的F3代群体中,采用系谱法选育而成的大豆新品种。2013 — 2014年参加甘肃省大豆品种(系)区域试验,2 a 10点(次)平均折合产量为2 572.28 kg/hm2,比对照品种陇豆2号平均增产9.17%。2015 年参加甘肃省大豆品种(系)生产试验,平均折合产量2 501.70 kg/hm2,比对照品种陇豆2号增产6.09%。陇黄2号田间表现高抗花叶病毒病和大豆黑斑病。籽粒含粗蛋白(干基)385.3 g/kg、粗脂肪(干基)204.2 g/kg,品质优良。陇黄2号适用于机械化作业的间套作带状复合种植。该品种适宜在甘肃省河西灌区、中部沿黄灌区、陇东旱塬区及生态条件相近地区种植。     

高蛋白大豆新品种长江春1号的选育及栽培技术

高蛋白大豆新品种长江春1号是重庆市农业科学院和浙江省农业科学院作物与核技术研究所共同选育的大豆新品种。2008—2009年参加重庆市大豆品种区域试验,2年平均产量2499.08kg/hm2,比对照浙春3号增产15.49%;2009年在重庆市生产试验中平均产量2431.65kg/hm2,比对照增产13.15%。2010年4月通过重庆市品种审定委员会审定。该品种的主要特点是春性中熟、高蛋白(粗蛋白含量为47.62%)、高产、稳产、抗病虫、抗倒伏、外观商品性状优良,在重庆各区县皆可种植。     

农业土地利用系统氮足迹与灰水足迹综合评价

氮足迹和灰水足迹作为定量分析人类活动对活性氮排放及水资源影响的指标,为农业土地利用系统环境效应评价提供了新的理论与途径。该文在氮足迹和灰水足迹理论的基础上,构建了县域尺度农业土地利用系统氮足迹与灰水足迹理论分析框架,以湖南桃江县为研究区,计算了农业土地利用系统氮足迹与灰水足迹。结果表明:1)1980-2010年氮足迹与灰水足迹、单位土地利用面积氮足迹与灰水足迹均呈逐年增加的趋势。2010年氮足迹和灰水足迹分别是1980年的2.02倍和2.36倍,单位土地利用面积氮足迹和灰水足迹分别是1980年的2.00倍和2.31倍;2)1980-2010年输入氮足迹和污染氮足迹分别增长了102.54%、128.79%。2010年肥料氮投入占输入氮足迹的72.72%,污染氮足迹占总氮足迹的32.79%;3)1980-2010年,每年氮肥灰水足迹均高于磷肥灰水足迹。活性氮流失的增长造成的稀释水量增加是农业土地利用系统灰水足迹增长的关键因素。评价结果显示,桃江县农业土地利用系统在足迹总量与单位土地利用足迹对大气和水资源的负面影响正在持续上升。氮足迹与灰水足迹综合评价方法能有效地识别区域农业土地利用过程对环境的负面效应,研究成果为降低农业土地利用过程的环境风险、制定农业土地利用系统优化方案提供参考。     

宁夏回族自治区平罗县主要农作物碳足迹研究

农田碳足迹可以全面地反映农作物生产过程中各种因素引起的碳排放效应,是指导农业生产节能减排的重要指标。为探明农作物生产的碳足迹,基于宁夏回族自治区平罗县农田生产的实地调查数据,利用碳足迹的基本理论和方法,测算了该县农作物碳足迹。结果表明,水稻、玉米和小麦的碳足迹分别为1 487.56±164.59,913.03±142.99和809.75±144.99kg Ce/(hm2.a);碳成本分别为0.17±0.05,0.08±0.02g和0.12±0.03kg Ce/kg;化肥的施用量是影响碳足迹的主要因素,而水稻生产过程中灌溉水及育秧过程也是其碳足迹较高的主要原因。为了提高农田固碳减排增汇效益,应压缩水稻种植面积,扩大玉米和小麦种植,同时,建立节肥低碳高效的种植模式是实现平罗县农田节能减排的有效途径。     

小麦生产水足迹区域差异及归因分析

用水效率评价是节水农业研究的重点领域之一。作物生产水足迹作为评价作物生产过程中水资源消耗类型、数量以及用水效率的综合指标,为农业水资源管理评价提供了全新的思路。该文基于水足迹理论和量化方法,分析了中国大陆小麦生产水足迹空间分布情况和特征,并对造成水足迹区域差异的因素进行归因分析。结果表明:小麦水足迹的空间分布差异显著,其中西北、西南局部以及华南等地的小麦水足迹较高,而黄淮海、东北东部等地的水足迹较低。新疆绿水足迹比例为11.87%,部分南方省份大于80%,绿水足迹所占比例呈现出从东南沿海向西北内陆递减的空间分布格局。归因分析结果显示除小麦品种差异外,区域农业生产水平和气候条件的差异也是造成小麦水足迹空间差异的主要原因,其中化肥、农业机械投入是影响小麦水足迹的主要农业生产因子,而太阳辐射和降水量是影响小麦水足迹的主要气候因子,该研究结果可为国家制定农业水资源管理策略提供参考。     

内蒙古河套灌区粮食生产灰水足迹评价

随着面源污染和土壤盐渍化成为重要的环境污染源和粮食安全的制约要素,如何评价和量化农业生产的负面效应,成为亟需解决的问题。水足迹理论的出现使该负面效应的量化成为可能,水足迹包括蓝水、绿水和灰水足迹,灰水足迹可以表征不同类型负面效应的大小,粮食生产灰水足迹反映了单位粮食产量的负面效应。该文应用水足迹理论,以内蒙古河套灌区为研究区,给出粮食生产灰水足迹的计算方法,选取环境最大允许浓度Cmax和本底浓度Cnat,逐项计算各项灰水足迹,并根据短板原理得出总灰水足迹,计算分析河套灌区粮食生产灰水足迹。结果表明:2005-2008年面源污染的灰水足迹为0.55~0.58亿m3;积盐的灰水足迹从2005年的4.570亿m3减少到2008年的1.825亿m3。总灰水足迹从2006年的5.872亿m3,减少到2008年的1.825亿m3,总灰水足迹在总水足迹中比例小于10%,有逐年降低的趋势。2005-2008年粮食生产灰水足迹分别为0.129、0.159、0.062和0.043 m3/kg,粮食生产灰水足迹有逐年降低的趋势,2008年的粮食生产灰水足迹仅相当于2006年的27.04%。节水灌溉等新技术的推广是其主要原因,节水灌溉可以减少无效灌溉水量和水分的无效蒸发量,从而减小粮食生产灰水足迹。在此基础上,给出减少粮食生产灰水足迹的措施,即节水灌溉、种植业结构调整、合理确定地下水位和合理使用化肥、农药。研究成果较好地量化了大型灌区粮食生产的负面效应和粮食生产灰水足迹,可为其他粮食主产区农业可持续发展及制定农业产业政策提供参考。     

养分优化管理实现蜜柚高产高效和降低碳排放

[目的]科学施肥是实现低碳排放和绿色可持续发展的基础.针对当前果园施肥量过大的问题,以福建省平和县琯溪蜜柚[Citrus grandis(L.)Osbeck cv.Guanximiyou]为例,研究通过因地制宜的养分优化管理,缓解果园土壤质量下降和次生环境风险的潜力.[方法]于2019—2020年,以10年生盛果期红肉...     

基于生命周期评估的冬小麦-夏玉米种植系统碳足迹核算——以山东省高密地区为例

粮食生产过程中的原材料生产、能源消耗、氮肥施用以及农机作业等过程均会排放大量的温室气体。本研究通过对山东省高密市冬小麦-夏玉米种植系统粮食种植过程的原材料投入和农业管理措施等进行问卷调查,采用生命周期评估(Life cycle assessment,LCA)方法学核算当地小麦和玉米生产过程的碳足迹(Carbon footprint,CFP)。结果表明,高密市小麦、玉米生产和冬小麦-夏玉米种植系统单位面积的碳足迹分别为5 183.33、3 778.09 kg CO_2-eq·hm~(-2)和8 961.42 kg CO_2-eq·hm~(-2),单位产量的碳足迹分别为0.69、0.40 kg CO_2-eq·kg~(-1)和0.53 kg CO_2-eq·kg~(-1),单位净现值的碳足迹分别为1.82、0.40 kg CO_2-eq·元~(-1)和0.44 kg CO_2-eq·元~(-1)。冬小麦-夏玉米种植系统粮食生产的碳足迹主要来自氮肥的生产(48.30%)和氮肥施用(12.04%)、灌溉耗电(12.94%)和农业机械耗油(11.20%)等方面。综上可知,优化肥料施用、减少氮肥用量和节水灌溉等措施是实现当地粮食清洁生产的重要途径。     

中国农田生态系统的碳足迹分析

采用1990-2009年农作物产量、农田生产投入等统计数据,对中国农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹进行估算,得到以下主要结论：碳排放量和碳排放强度、碳吸收量、碳足迹呈现增加趋势,碳吸收强度表现稳定,随着农用化石能源的大量使用,单位面积碳足迹从1990年的0.08hm2/hm2增加到2009年的0.13hm2/hm2。各省（市、自治区）单位面积碳足迹差异十分明显,2009年最高的福建为0.27hm2/hm2,最低的黑龙江为0.08hm2/hm2。中国农田生态系统存在碳生态盈余,碳足迹占同期生产性土地面积（耕地）的比例在10%左右,但随着年份的递进,所占比例有增大的趋势,1990年为8.46%,2009年为12.75%。     

基于DSSAT作物模型的中美大豆主产区单产模拟与验证

开展基于作物模型的大面积作物产量估测研究,可以为及时掌握全球重点地区农作物的生产情况提供数据支撑。该研究以大豆为监测作物,选取中国吉林省和美国爱荷华州作为研究区域,基于DSSAT作物估产模型中的SOYGRO大豆模型,利用分辨率为0.5°×0.5°的生育期气象要素以及500 m×500 m绿色叶绿素植被指数,进行遥感数据融合作物模型估测大豆单位产量的模拟与验证研究。结果显示,2008-2017年,美国爱荷华州大豆单位产量模拟值的平均误差为16.8%,均方根误差为762.8 kg/hm~2,平均偏差为107.2 kg/hm~2;中国吉林省大豆单位产量估测的平均误差为36.3%,均方根误差为1 088.4 kg/hm~2,平均偏差为-237.9 kg/hm~2。在县域尺度下,大豆单位产量模拟值与调查值的拟合度较好,尤其在产量较低的年份,其中美国爱荷华州的产量相关系数最高可达0.78,中国吉林省的相关系数偏小,为0.59,表明对美国爱荷华州大豆单位产量的估测精度优于中国吉林省。研究所建立的大豆单位产量估测技术路线,可以为中美两国主产区作物单位产量的大面积有效估测提供参考。     

不同耕作措施对雨养冬小麦碳足迹的影响

为了解不同耕作管理措施对我国北方旱作农田作物生产生命周期内生产资料及生产过程碳排放足迹的影响,在山西省临汾市尧都区连续15年保护性耕作长期定位试验基地,利用静态箱-气相色谱法连续两年测定了不同秸秆管理和耕作措施(秸秆不还田旋耕、秸秆还田旋耕、秸秆覆盖免耕)下,旱作冬小麦田N_2O周年排放通量,并对不同耕作管理措施的生产资料和生产过程中的碳排放进行全面分析与计算,以估算不同耕作措施的碳足迹。结果表明:1)秸秆覆盖免耕和秸秆不还田旋耕条件下旱作冬小麦田N_2O年度累积排放量较秸秆还田旋耕分别平均减少19.2%和18.9%;2)旱作冬小麦在秸秆覆盖免耕条件下产量最高;3)旱作农田碳足迹中氮肥生产、农田N_2O直接排放和柴油消耗排放占到总排放足迹的90%以上;4)秸秆覆盖免耕较其他耕作方式的碳足迹低,两年试验期间,较秸秆还田旋耕处理碳足迹分别低11.0%和6.9%,较秸秆不还田旋耕处理碳足迹分别低7.9%和8.3%。5)在半干旱地区,秸秆覆盖免耕处理单位产量碳足迹最低,是本研究中低碳低排的推荐措施。本研究结果可为旱作农田以低碳减排为目标的可持续发展提供科学依据。