基于Nufer模型的京津冀农牧系统氮素平衡状况及化学氮肥减施潜力分析

  【目的】   明确京津冀地区农牧系统氮素流动及平衡特征，解析化学氮肥减施潜力，从而为该地区化肥零增长和农业绿色发展提供依据。   【方法】   通过收集文献数据及2017年统计数据，采用Nufer (nutrient flows in food chain, environment and resources use) 模型，以“农田–畜牧”系统为研究对象，量化京津冀地区农牧系统氮素流动特征及利用效率，并针对输入输出平衡施氮和增加畜禽粪便还田量替代化肥两种措施，通过情景分析评估该地区化学氮肥减施潜力。   【结果】   京津冀地区农田系统和畜牧系统氮素输入量分别为296.1万t和133.6万t，农牧系统氮素总体输入量为306.6万t，其中化学氮肥是最大的输入项，占总输入量的62.5%。农田系统、畜牧系统氮素利用率分别为40.6%和25.0%，农牧系统整体氮素利用率为33.8%，农牧系统氮素循环再利用率为55.2%，生产单位氮含量食物产品所需氮素投入量为3.0 kg/kg。在该地区，土壤氮素累积量为51.2万t (占总输入量的16.7%)，环境排放总量为140.4万t (占总输入量的45.8%)。环境排放中，氨挥发 (包括农田和畜禽粪便氨挥发)和畜禽粪便水体排放与堆置为占比最大的两种损失途径，分别占总氮投入量的21.0%和9.5%。氮素土壤累积和畜禽粪便水体排放与堆置为两种最易调控的损失途径。通过输入输出平衡降低氮素土壤累积量，此地区有40%的氮肥减施潜力，此时，农牧系统氮素总投入量为230.0万t，农田和农牧系统氮素利用率分别较当前增加14.1和11.3个百分点；继续优化氮素管理，增加部分畜禽粪便还田量 (减少水体排放与堆置部分) 以替代化肥，则该地区有50%的氮肥减施潜力，且在此状态下，农牧系统氮素总投入量为210.8万t，较当前降低31.2%，农田系统和农牧系统氮素利用率分别增加15.3和15.4个百分点，氮素环境排放量降低36.2%，氮素循环再利用率增加20.0%，食物氮代价降低33.3%。   【结论】   化学氮肥施用量大，农牧分离是京津冀地区农牧系统氮素利用效率低的主要原因。在农牧系统氮素管理中，通过平衡作物生产中的氮素投入，系统氮素投入的减少潜力为40%。如果能进一步合理利用有机资源，增加畜禽粪便还田率，化学氮肥减施的总潜力可达50%，并可提高氮素利用效率，有效降低氮素的环境排放总量。     

生态集约化管理提高东北春玉米产量和氮素利用率

  【目的】  针对我国春玉米生产中存在的肥料过量和不合理施用带来的生态环境问题，研究生态集约化养分管理对东北春玉米产量、氮素利用率和氮素平衡的影响，旨在指导氮肥科学施用，提高氮肥利用效率，减少氮素损失。  【方法】  2009—2017年在吉林省公主岭市开展9年长期定位试验，试验采用双因素裂区设计，主区为两种养分管理措施:生态集约化养分管理 (EI) 和农民习惯施肥 (FP)；副区为3种施氮方式，不施氮肥处理 (N0)、3年中2年施氮肥处理 (N2/3) 和3年均施氮肥处理 (N3/3)。EI处理中P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 90 kg/hm2、S 30 kg/hm2和Zn 5 kg/hm2全部基施，每年N用量 2009—2014年为180 kg/hm2，2015—2017年为200 kg/hm2，其中基施、玉米拔节期追施和抽雄期追施的比例分别为1/4、1/2和1/4；FP处理N 251 kg/hm2、P₂O₅ 145 kg/hm2、K₂O 100 kg/hm2均一次性基施。调查了玉米产量、氮素吸收量、氮素累积吸收量以及土壤氮素平衡。  【结果】  在N0处理中，从2010年开始玉米产量和氮素吸收量呈现下降趋势。在N2/3处理中，不施氮年份的产量和氮素吸收量较低，而在随后一年施氮的情况下，产量和氮素吸收量又增加到N3/3处理的水平。在EI养分管理措施下，N3/3处理9年平均产量为11505 kg/hm2，而FP管理措施下N3/3的平均产量明显低于EI处理，为10764 kg/hm2。与FP处理相比，EI处理下氮素农学效率 (AE_N)、氮素回收率 (RE_N) 和氮素偏生产力 (PFP_N)分别提高了47.4%、39.6%和43.8%；EI处理的氮素残留量和氮素表观损失分别降低了49.2%和63.9%  【结论】  9年长期试验结果表明，通过优化施肥量和施肥时间，配合采用优良的玉米品种和种植密度，生态集约管理能在减少氮素投入的前提下，保持作物产量，提高植株氮素吸收量和养分利用率，减少土壤氮素残留和氮素损失。持续适宜的氮肥投入对于保障东北玉米高产和稳产至关重要。