【JCP】小麦生产中控释和普通尿素掺混的农学、环境和生态经济效益的综合评估
第一作者：张玲 博士
通讯作者：陈新平 教授；
期刊：Journal of Cleaner Production
通讯单位：西南大学
尽管已证明将控释尿素（CRU）与普通尿素（CU）混合是提高小麦生产中谷物产量和氮利用效率的有效策略，但其生命周期评估（LCA）的环境表现和生态经济收益尚不清楚。为了评估掺混尿素（BU）的农学，环境和生态系统经济性能，从2017年到2019年，在华北平原进行了5种氮肥（0-300 kg N ha-1）和两种氮肥源（CU和BU）的田间试验。
结果表明，与CU相比，在最佳氮肥处理（170 kg N ha-1）和更高的氮肥用量下，种植前一次性施用BU保持了相同的高谷物产量和氮素吸收；在优化下调N（Nsub）处理下，谷物产量提高了12.6％。 LCA结果表明，BU可将生命周期中的活性氮（Nr）损失显著减少16-19％，将N足迹降低14-25％，这主要归因于氨挥发（17-20％）和硝酸盐淋洗所减少的N损失 （18％）。与CU相比，BU使氮肥生产和运输过程中的温室气体（GHG）排放量增加了4％，但在田间施用氮肥过程中显著减少了16-35％的温室气体排放量。两种肥料之间的总温室气体排放量和碳足迹没有显着差异。相反，当以优化下调氮处理施肥时，BU比CU减少了C足迹。根据同时考虑了生态系统和人类健康成本的生态经济分析，BU比CU提高了生态经济效益（EEB），而农民的常规水平（300 kg N ha-1）除外。当以最佳水平使用BU时，可以达到最高的EEB。综上所述，以最佳氮肥施用BU不仅可以实现较高的籽粒产量，而且在减轻环境不利影响的同时提高EEB，因此应被视为可持续小麦生产系统的有效策略。
▼试验设计：
氮空白、优化下调、优化、优化上调、农户传统
▲在2017-2018年和2018-2019年不同氮处理下的小麦籽粒产量
▲各氮处理小麦生命周期2017-2018和2018-2019生长季平均活性氮损失和温室气体排放
▲各氮处理小麦生命周期2017-2018和2018-2019生长季平均氮足迹和碳足迹
▲两个冬小麦生长季中，不同氮处理下冬小麦生产的平均成本和收益
▲考虑农艺、环境和经济效益，朝向可持续冬小麦氮素管理的“两步走”策略。
▼结论
在这项研究中，进行了多标准评估，结合了实地测量，整合分析，LCA和EEB，以确定将CRU与普通尿素以最佳氮比混合的潜力，以确保作物生产，环境可持续性和生态经济效益。结果表明，通过使氮素释放速率与作物氮素需求量同步，处于最佳氮素利用率的BU可以显著改善环境和生态系统的经济效益，同时将作物产量和NUE保持在较高水平。主要发现：
1）与CU相比，BU在Nopt处理中保持较高的籽粒产量，而在Nsub处理中保持较高的籽粒产量。
2）从环境角度来看，BU在所有N用量下均减少了Nr损失和N足迹。 BU还减少了Nsub处理中的C足迹，在Nopt处理中显示出低C足迹；
3）BU提高了生态经济效益，并与最佳氮肥施用量结合达到了最高价值。
这些结果表明，BU-Nopt有潜力支持更可持续和更清洁的小麦生产。我们的研究表明，需要进一步的研究来探索在各种种植系统和地区下，尤其是在气候条件有利于氮释放的轻质土壤或低有机质土壤上的BU-Nopt策略。