华北冬小麦/夏玉米农田水氮管理的温室效应评价

[目的]农田水肥的高投入在保障粮食产量的同时也伴随着温室气体的排放.本研究以农田投入品的生产和运输一作物生长的整个过程为研究对象,对农田生态系统中不同水氮管理措施的温室效应开展了评价.[方法]在已经确定粮食产量和温室气体排放强度评价指标的基础上,对土壤固碳深度和减排措施评价的时间尺度进行了分析,将土壤固碳深度确定为30 cm以上,温室效应评价的时间尺度确定为20年,提出了以田间试验与过程模型相结合,辅以调研的评价方法,来反映产量和温室气体排放强度对不同管理措施的响应.常规农民措施的农田投入量(灌溉量和施氮量等)通过问卷调研和文献数据来获得.以华北平原冬小麦/夏玉米轮作模式为例,利用验证后的农田生态系统管理模型(APSIM)对不同措施(氮肥利用、灌溉和有机肥配施)进行20年(1990～2010)尺度的模拟,并结合农田投入品在生产和运输过程的排放,遵照评价方法对不同水氮管理措施的温室效应进行了分析.[结果]与当前常规农民措施相比,将常规施氮量从520 kg/hm2减少为400 kg/hm2,粮食产量在20 a间不存在显著性差异(P=0.39),但年均温室气体排放总量(AE.GHG)可减少约1.45 t/hm2,温室气体排放强度(GHGI)可减少约0.08 t/t;若将该地区常规灌溉量从300 mm减少到240 mm,粮食产量在20年间不存在显著性差异(P=0.39),年均温室气体排放总量(AE.GHG)可减少约0.29 t/hm2,温室气体排放强度(GHGI)可减少约0.01t/t,主要归因于电力肖耗的降低,减少了生产和传输过程中温室气体排放;若将常规措施中的底肥(N)全部替换为有机肥,粮食产量在20年间不存在显著性差异(p=0.63),年均温室气体排放总量(AE.GHG)可减少约0.03 t/hm2,温室气体排放强度(GHGI)则基本无变化,虽然有机肥可带来更多的土壤固碳,但是若考虑到其堆肥生产排放和还田过程增加的油耗排放,其总体温室气体减排量并不明显.[结论]在华北平原当前情况下,农田温室气体减排措施应以减施化肥、减少灌溉量为主要方向,可同时实现氮肥生产运输和农田土壤排放2个环节上的减排.年施用氮肥减少120kg/hm2,灌溉量减少60 mm,20年内温室气体减排潜力约为1.45和0.29 t/(hm2·a).