減氮配施硝化抑制劑對(duì)大白菜農(nóng)學(xué)和環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)

郭廣正，張芬，沈遠(yuǎn)鵬，肖焱波，朱盼，王芳，陳新平，王孝忠*

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶市土肥資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715；2.云南民族大學(xué)民族醫(yī)藥學(xué)院，昆明650500；3.歐化農(nóng)業(yè)貿(mào)易（深圳）有限公司，廣東 深圳518000）

蔬菜是生活中必不可少的副食品。近20 年來(lái)，我國(guó)蔬菜種植面積和產(chǎn)量分別增加了53.1% 和73.6%[1]，是僅次于糧食作物的第二大農(nóng)作物。然而集約化蔬菜生產(chǎn)中氮肥過(guò)量施用等不合理管理導(dǎo)致氮肥利用率低、活性氮損失嚴(yán)重和環(huán)境代價(jià)高等問(wèn)題十分突出[2-3]。因此，尋求減少氮損失、提高氮肥利用率的有效措施以實(shí)現(xiàn)蔬菜穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和降低環(huán)境代價(jià)，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)蔬菜綠色生產(chǎn)至關(guān)重要。

優(yōu)化氮肥用量是提高氮肥利用率、減小農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境代價(jià)的直接有效策略[4-5]。有研究表明，基于作物需求的優(yōu)化氮肥管理能夠在降低氮肥投入的基礎(chǔ)上，顯著減少氮肥損失而不影響蔬菜產(chǎn)量[6-7]。He等[6]對(duì)設(shè)施番茄減少69% 的氮肥用量時(shí)，能夠減少51%的N2O 排放而對(duì)蔬菜產(chǎn)量無(wú)影響。另外，硝化抑制劑也是提高氮素利用率、減少氮損失的有效策略之一[8-9]。研究表明，硝化抑制劑能顯著減少作物氮淋洗損失（38%～56%）和N2O 排放（39%～48%），同時(shí)增加蔬菜產(chǎn)量（0～10%）和作物肥料氮的回收率（34%～93%）[9]。目前關(guān)于硝化抑制劑的效果評(píng)價(jià)大多集中于糧食作物，且重點(diǎn)關(guān)注其在不同區(qū)域、不同作物體系中對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化、作物產(chǎn)量、氮肥利用率和單一途徑氮損失的影響[10-11]，而對(duì)溫室氣體排放、經(jīng)濟(jì)效益等方面綜合評(píng)價(jià)尚不清楚，且在蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物上的研究相對(duì)缺乏。Fan 等[12]研究表明，2-氯-6-三氯甲基吡啶（Nitrapyrin）和雙氰胺（DCD）均能使不同類型菜地土壤活性氮排放量減少且蔬菜產(chǎn)量增加，從而降低活性氮排放強(qiáng)度。硝化抑制劑的效果受其類型和土壤作物類型、施用環(huán)境等因素影響而存在差異[9-11]。我國(guó)蔬菜種植地域廣泛，不同區(qū)域、不同蔬菜種類間因土壤類型、氣候、田間管理等存在差異，因此硝化抑制劑對(duì)我國(guó)蔬菜系統(tǒng)的綜合影響評(píng)價(jià)需要廣泛關(guān)注。

西南地區(qū)是我國(guó)蔬菜優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一，2018 年該地區(qū)蔬菜種植面積和產(chǎn)量占我國(guó)蔬菜總種植面積和總產(chǎn)量的22.8% 和16.0%[13]。為使蔬菜生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，農(nóng)戶通常盲目過(guò)量施肥，尤其是氮肥。本課題組通過(guò)525 戶農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)表明，目前西南地區(qū)露地蔬菜平均施氮量為470 kg N·hm-2，遠(yuǎn)超作物本身養(yǎng)分需求。同時(shí)，由于該區(qū)域全年高溫多雨、蔬菜本身根系淺與養(yǎng)分吸收能力弱，加劇了露地蔬菜系統(tǒng)硝酸鹽淋洗和N2O 排放等環(huán)境損失風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，降低該區(qū)域硝酸鹽淋洗和N2O 排放等環(huán)境損失對(duì)提高蔬菜產(chǎn)量、提高氮肥利用率尤為重要。露地大白菜是西南地區(qū)主要種植蔬菜類型之一，本文基于大白菜養(yǎng)分需求下，研究減少氮肥投入并添加硝化抑制劑（DMP 衍生物）對(duì)露地大白菜的產(chǎn)量、氮肥利用率和經(jīng)濟(jì)效益的影響，在此基礎(chǔ)上結(jié)合生命周期評(píng)價(jià)方法（LCA），對(duì)露地大白菜生產(chǎn)的氮足跡、碳足跡和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益展開(kāi)綜合評(píng)價(jià)，以期為優(yōu)化蔬菜系統(tǒng)氮肥管理，實(shí)現(xiàn)我國(guó)蔬菜綠色生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2018—2019 年在重慶市合川區(qū)渭沱鎮(zhèn)西南大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（30°0′N，106°7′E）進(jìn)行了兩年田間試驗(yàn)。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫18.3 ℃，年降水量1 161 mm，土壤為沖積土。試驗(yàn)開(kāi)始前耕層0～20 cm 土壤基本性質(zhì)：pH 8.4（土∶水為1∶2.5），有機(jī)質(zhì)21.5 g·kg-1，全氮1.3 g·kg-1，堿解氮51.2 mg·kg-1，有效磷28.7 mg·kg-1，速效鉀89.0 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

采用田間小區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)4個(gè)處理，每個(gè)處理4次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)處理包括：不施氮肥（CK）；農(nóng)戶習(xí)慣（FP），施用普通復(fù)合肥和普通尿素；減氮配施硝化抑制劑（OPT1），施用硫基復(fù)合肥和硝酸銨鈣；減氮配施硝化抑制劑（OPT2），施用硫基復(fù)合肥和尿素?；诋?dāng)?shù)剞r(nóng)戶調(diào)研結(jié)果，F(xiàn)P 處理氮、磷和鉀養(yǎng)分投入量分別為833 kg N·hm-2、281 kg P2O5·hm-2和356 kg K2O·hm-2；基于大白菜生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律和土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況的根層養(yǎng)分管理策略，減氮配施硝化抑制劑處理的優(yōu)化氮、磷和鉀養(yǎng)分投入為315 kg N·hm-2、192 kg P2O5·hm-2和222 kg K2O·hm-2[14]，各處理不同時(shí)期施肥量如表1 所示。供試硫基復(fù)合肥（NP2O5-K2O，12-12-17）、硝酸銨鈣（N 27%）和尿素（N 46%）均添加了硝化抑制劑（DMP 衍生物），添加量為含氮量的0.8%～1.2%，DMP 衍生物是基于DMP 抑制劑開(kāi)發(fā)的類似于3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）的新型硝化抑制劑，由歐化農(nóng)業(yè)貿(mào)易（深圳）有限公司生產(chǎn)；普通復(fù)合肥（N-P2O5-K2O：15-15-15）由嘉施利（應(yīng)城）化肥有限公司生產(chǎn)；普通尿素（N 46.2%）由四川天華股份有限公司生產(chǎn)；以過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀調(diào)平磷肥和鉀肥用量，過(guò)磷酸鈣（P2O5≥12%）由漢中唐楓化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)，硫酸鉀（K2O≥50.0%）由國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限公司生產(chǎn)。

每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的面積為21 m2，供試大白菜品種為豐抗70，種植株行距為30 cm×40 cm；兩季大白菜生產(chǎn) 周期 分 別為2018 年10 月26 日至2019 年2 月16日和2019 年10 月8 日至12 月29 日?；试谝圃郧叭鍪┖蠓粮采w，在大白菜蓮座期和結(jié)球期進(jìn)行追肥，施肥方式為穴施，其余田間管理按照常規(guī)方法進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1 產(chǎn)量、氮盈余和氮肥利用率

在大白菜成熟期進(jìn)行一次性收獲，測(cè)產(chǎn)小區(qū)面積為2 m2（12 株白菜），產(chǎn)量以地上部鮮質(zhì)量表示（t·hm-2），按照市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)和價(jià)格分為商品產(chǎn)量和非商品產(chǎn)量。每個(gè)小區(qū)取4株白菜植株作為樣品，70 ℃條件下干燥至恒質(zhì)量并稱量，粉碎。植株氮濃度用H2SO4消煮-凱氏定氮法測(cè)定，植株吸氮量=氮濃度×植株干物質(zhì)質(zhì)量；氮盈余為氮素投入與植株吸氮量的差值；氮肥利用率（%）=（施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量）/施氮量×100%。

1.3.2 經(jīng)濟(jì)效益

大白菜的凈經(jīng)濟(jì)效益（NEB；萬(wàn)元·hm-2）通過(guò)出售大白菜的收益減去農(nóng)業(yè)投入成本得到。其中農(nóng)業(yè)投入成本包括種子、肥料、農(nóng)藥、農(nóng)膜、除草劑、灌溉、耕作機(jī)械燃油和電力的成本。所有農(nóng)業(yè)投入成本均根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)價(jià)格確定，添加硝化抑制劑的硫基復(fù)合肥、硝酸銨鈣、增效尿素按歐化農(nóng)業(yè)貿(mào)易（深圳）有限公司提供價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。

1.3.3 環(huán)境評(píng)價(jià)

通過(guò)生命周期評(píng)價(jià)的方法對(duì)碳、氮足跡進(jìn)行定量化研究，重點(diǎn)關(guān)注露地大白菜生產(chǎn)過(guò)程（從播種到收獲過(guò)程）。選取單位面積（每公頃）和單位產(chǎn)量（每噸）為系統(tǒng)評(píng)價(jià)單元。

（1）活性氮損失和氮足跡

活性氮損失（Nr損失，kg N·hm-2）和氮足跡（NF，kg N·t-1）分別定義為生產(chǎn)每公頃和每噸大白菜對(duì)環(huán)境造成的活性氮損失總量[15]，通過(guò)公式（1）～公式（3）計(jì)算：

式中：MS -Nr損失表示農(nóng)業(yè)投入品（包括氮磷鉀肥、農(nóng)藥、機(jī)械油耗和電力等）生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)幕钚缘獡p失量，kg N·hm-2；i代表每個(gè)農(nóng)業(yè)投入品類別；Fi代表i的生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中活性氮排放的相關(guān)排放系數(shù)[16-21]；Ratei代表i 的用量 ；Yt代 表大白菜 總 產(chǎn)量，t·hm-2；N2O排放、NH3揮發(fā)和NO-3淋洗表示氮肥施用過(guò)程中的N2O排放、NH3揮發(fā)和NO-3淋洗損失量，由氮肥用量乘以相應(yīng)的排放因子計(jì)算得出。普通氮肥排放因子參考王孝忠[3]建立的我國(guó)露地蔬菜系統(tǒng)氮素?fù)p失模型。基于已發(fā)表文獻(xiàn)確定露地蔬菜氮肥添加硝化抑制劑引起的N2O 排放因子為0.35%[22-25]，硝酸鹽淋洗因子為11.39%[22-23，26]。由于硝化抑制劑對(duì)NH3揮發(fā)影響在蔬菜上的報(bào)道較少，且存在不同爭(zhēng)議，因此我們假設(shè)添加硝化抑制劑的氮肥造成的NH3揮發(fā)與普通氮肥無(wú)差異。

表1 各處理不同時(shí)期施肥量（kg·hm-2）Table 1 Fertilizer application rate at different growth stage in each treatment（kg·hm-2）

（2）溫室氣體排放和碳足跡

基于生命周期評(píng)價(jià)方法，通過(guò)公式（4）～公式（7）計(jì)算生產(chǎn)大白菜每公頃和每噸的溫室氣體排放量。

式中：GHG排放表示大白菜生產(chǎn)每公頃的溫室氣體排放量，kg CO2-eq·hm-2；MS-GHG表示氮磷鉀肥和其他農(nóng)業(yè)投入品的生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中的溫室氣體排放量，kg CO2-eq·hm-2；i 代表每個(gè)農(nóng)業(yè)投入品類別；PECi表示i的生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中溫室氣體排放的相關(guān)排放系數(shù)[16-21]，Ratei代表i的用量；N2O總排放表示氮肥施用過(guò)程直接引起土壤N2O排放和由NH3揮發(fā)和NO-3淋洗途徑間接產(chǎn)生總N2O 排放；1.0% 和2.5% 分別為與NH3揮發(fā)和NO-3淋洗相關(guān)的N2O間接排放系數(shù)[27]；CO2和N2O的全球增溫潛勢(shì)（以CO2-eq計(jì)）分別為1和265[28]；44/28是將N2O-N 轉(zhuǎn)化成N2O 的系數(shù)；CF 指生產(chǎn)每噸大白菜的溫室氣體排放量，kg CO2-eq·t-1；Yt代表大白菜總產(chǎn)量，t·hm-2。

（3）環(huán)境破壞成本、生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益和單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益的活性氮損失與溫室氣體排放

環(huán)境破壞成本（EDC，萬(wàn)元·hm-2）指溫室氣體導(dǎo)致的氣候變暖、NH3和NOX排放導(dǎo)致的土壤酸化以及氮淋失、徑流損失和NH3排放造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化引起的環(huán)境破壞經(jīng)濟(jì)損失[29]。生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益（NEEB，萬(wàn)元·hm-2）指大白菜生產(chǎn)的凈經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境破壞成本的差值。單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益活性氮損失（Nr-NEEB，g N·元-1）和溫室氣體排放（GHG-NEEB，kg CO2-eq·元-1）分別表示單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益上的活性氮損失量和溫室氣體排放量。分別通過(guò)公式（8）～公式（11）進(jìn)行計(jì)算：

式中：NriA 表示活性氮i 的排放量，kg N·hm-2；DCi表示單位活性氮i 造成的經(jīng)濟(jì)損失，元·kg-1；CO2A 表示溫室氣體的總排放量，kg CO2-eq·hm-2；DCCO2表示單位CO2排放造成的溫室效應(yīng)（以國(guó)際碳交易價(jià)格表示），元·t-1；NEB 表示大白菜的凈經(jīng)濟(jì)效益，萬(wàn)元·hm-2；CF 為碳足跡，kg CO2-eq·t-1；NF 為氮足跡，kg N·t-1。N2O 既是一種活性氮又是一種溫室氣體，本研究將其按溫室氣體進(jìn)行環(huán)境損失的計(jì)算。單位活性氮以及溫室氣體排放所造成的環(huán)境破壞經(jīng)濟(jì)損失成本參照如下：NH3揮發(fā)（以N 計(jì)）為37.5 元·kg-1；硝酸鹽（以N 計(jì)）為9.3 元·kg-1；溫室氣體（以CO2-eq 計(jì)）為174.3 元·t-1[29-30]。

1.3.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 20.0 和Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作。采用LSD 法對(duì)各處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)大白菜農(nóng)學(xué)效應(yīng)的影響

由表2 可知，與不施氮相比，施氮使大白菜兩年平均總產(chǎn)量和商品產(chǎn)量分別顯著提高15.5%～23.2%和18.8%～38.3%。與FP 處理相比，OPT1 和OPT2 處理兩年平均總產(chǎn)量分別增加了6.7% 和4.2%；平均商品產(chǎn)量分別顯著增加了16.4% 和9.0%。從表觀氮平衡結(jié)果來(lái)看，相比于FP，OPT1 和OPT2 處理大白菜地上部平均吸氮量分別提高了2.1% 和5.5%，平均氮盈余顯著減少了78.1% 和78.8%。OPT1 和OPT2 較FP平均氮肥利用率分別提高了9.6% 和11.2%。受基礎(chǔ)地力和收獲時(shí)間的影響，同一處理在2018 季的大白菜總產(chǎn)量和氮吸收量高于2019 季，而氮肥利用率低于2019季。

2.2 對(duì)大白菜環(huán)境效應(yīng)的影響

2.2.1 活性氮損失和溫室氣體排放

如圖1所示，F(xiàn)P處理兩季平均總活性氮損失高達(dá)267 kg N·hm-2，其中N2O 排放、NO-3淋洗和NH3揮發(fā)損失分別占總活性氮損失的2.60%、68.8% 和26.4%；與FP 相比，OPT1 和OPT2 均減少了75.0% 的活性氮損失，而N2O 排放、NO3-淋洗和NH3揮發(fā)損失量分別占總活性氮損失的1.60%、54.5% 和40.2%。 CK、FP、OPT1 和OPT2 中平均總溫室氣體排放分別為776、12 565、4 022 kg CO2-eq·hm-2和4 022 kg CO2-eq·hm-2。相比于FP，OPT1和OPT2處理均顯著減少68.0%的溫室氣體排放。氮肥是溫室氣體排放主要貢獻(xiàn)因素，F(xiàn)P、OPT1 和OPT2 中，由氮肥引起的溫室氣體排放占總溫室氣體排放量的88.7%～95.2%，由磷鉀肥和其他農(nóng)業(yè)投入品引起的溫室氣體排放占4.8%～11.3%。

表2 不同處理對(duì)產(chǎn)量、氮素表觀平衡和氮肥利用率的影響Table 2 Effect of different treatments on yield，apparent nitrogen balance and nitrogen use efficiency

2.2.2 氮足跡和碳足跡

由圖2 可知，兩季露地大白菜中，CK、FP、OPT1和OPT2的平均氮足跡分別為0.02、2.04、0.48 kg N·t-1和0.49 kg N·t-1。相比于FP，OPT1 和OPT2 處理的氮足跡分別顯著降低了76.4% 和76.1%。CK、FP、OPT1和OPT2 兩季平均碳足跡分別為7.1、95.9、28.9 kg CO2-eq·t-1和29.3 kg CO2-eq·t-1，與FP 處理相比，OPT1 和OPT2 的碳足跡顯著減少了69.9% 和69.4%。OPT1 與OPT2 間氮足跡和碳足跡均無(wú)顯著差異。另外，因2019季大白菜總產(chǎn)量低于2018季，除CK外，其余各處理的氮足跡和碳足跡在2019季比2018季分別提高了12.4%～19.7%和12.7%～19.4%。

圖1 不同處理對(duì)活性氮損失和溫室氣體排放的影響Figure 1 Effects of different treatments on reactive N emission and GHG emission

2.3 對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.3.1 經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益

由表3 可知，與FP 相比，OPT1 和OPT2 處理兩季大白菜平均總收益分別顯著提高了16.7% 和9.36%，平均凈經(jīng)濟(jì)效益（NEB）分別顯著提高38.4% 和33.4%。均使環(huán)境破壞成本（EDC）降低了68.6%。因此，相比FP，OPT1 和OPT2 分別顯著提高了106% 和97.9% 的生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益（NEEB），但OPT1 和OPT2間的平均總收益、NEB和NEEB均無(wú)顯著差異。

2.3.2 單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益上的活性氮損失和溫室氣體排放

如圖3 所示，CK、FP、OPT1 和OPT2 處理兩季平均單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益活性氮損失（Nr-NEEB）分別為1.40、236.6、23.3 g N·元-1和25.9 g N·元-1；平均單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益溫室氣體排放（GHG-NEEB）分別 為0.54、11.1、1.40 kg CO2-eq·元-1和1.56 kg CO2-eq·元-1。相比FP 處理，OPT1 和OPT2 的Nr-NEEB分別顯著降低了90.2% 和89.1%，GHG-NEEB分別顯著降 低 了87.4% 和86.0%；OPT1 和OPT2 處 理 間 的Nr-NEEB和GHG-NEEB均無(wú)顯著差異。此外，除CK 外的其余各處理在2018 季的GHG-NEEB和Nr-NEEB均高于2019季。

圖2 不同處理對(duì)氮足跡和碳足跡的影響Figure 2 Effects of different treatments on nitrogen footprint and carbon footprint

表3 各處理經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益（萬(wàn)元·hm-2）Table 3 Economic benefits and net economic benefits of ecosystem in each treatment（萬(wàn)元·hm-2）

3 討論

圖3 各處理單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益上的氮足跡和碳足跡Figure 3 Nitrogen footprint and carbon footprint on per net economic ecosystem benefits in each treatment

兩季露地大白菜試驗(yàn)結(jié)果表明，相比FP，在顯著減少62.0% 氮肥用量且配施硝化抑制劑的優(yōu)化管理下（OPT1 和OPT2），兩季大白菜平均總產(chǎn)量和商品產(chǎn)量有增產(chǎn)趨勢(shì)，與前人報(bào)道結(jié)果類似[31-32]。原因可能是：一方面，F(xiàn)P 處理中高氮輸入會(huì)造成土壤酸化和無(wú)機(jī)氮大量累積，使作物根系受到抑制，導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)量降低[33]?；谧魑镄枨筇卣鳒p少氮肥用量，減少土壤中氮素的盈余以維持合理的根區(qū)氮素養(yǎng)分濃度，提供適宜根系生長(zhǎng)的養(yǎng)分環(huán)境，有利于作物的生長(zhǎng)[34]。另一方面，硝化抑制劑通過(guò)延緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，使氮素供應(yīng)在空間和時(shí)間上更加平緩，同時(shí)有效減少硝酸鹽的淋洗損失，促進(jìn)蔬菜對(duì)氮素的吸收和減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用率[35]。本研究中OPT1 和OPT2較FP顯著減少了78.1%和78.8%的氮素表觀盈余，分別增加了2.1% 和5.5% 的大白菜氮吸收量，氮肥利用率分別提高9.6%和11.2%，使大白菜平均總產(chǎn)量和商品產(chǎn)量均有所提高，但增產(chǎn)并不顯著。同時(shí)，盡管OPT1和OPT2處理間添加氮肥形態(tài)不同，但大白菜的氮吸收量差異不顯著，從而使這兩個(gè)處理間的產(chǎn)量也沒(méi)有顯著差異。

西南地區(qū)露地大白菜系統(tǒng)由于施肥量大而導(dǎo)致較高環(huán)境代價(jià)，本研究結(jié)果表明目前每季露地大白菜單位面積上溫室氣體排放量（12 565 kg CO2-eq·hm-2）是我國(guó)露地大白菜生產(chǎn)中平均排放量的2.2倍[36]。因此，降低該地區(qū)蔬菜生產(chǎn)的環(huán)境代價(jià)尤為重要。通過(guò)減氮配施硝化抑制劑策略，可以較FP 顯著降低單位產(chǎn)量上76.1%～76.4% 的氮足跡和69.4%～69.9% 的碳足跡，環(huán)境代價(jià)降低的原因是：首先，氮肥是活性氮損失和溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)因素，減少氮肥用量能夠減少溫室氣體和活性氮的排放[37]。OPT1 和OPT2較FP 顯著減少約62.0% 的氮肥用量，使單位面積上的活性氮損失和溫室氣體排放降低75.0% 和68.0%。其次，硝化抑制劑抑制土壤硝化作用，延長(zhǎng)銨態(tài)氮在土壤中的存留時(shí)間，減少N2O、NO 排放和硝態(tài)氮淋洗，直接或間接降低氮肥施用對(duì)環(huán)境的影響[10-11]。研究表明，應(yīng)用Nitrapyrin 和DCD 使菜地土壤中的N2O和NO 排放量分別降低1.8%～61.0% 和0.8%～79.5%，且在常規(guī)尿素中添加1% 的DMPP 可減少22.0%～45.3% 的無(wú)機(jī)氮進(jìn)入地表徑流[12，38]。本研究中OPT1和OPT2較FP使NO-3淋洗和N2O排放引起的氮損失總量分別降低80.1% 和83.9%，顯著減少了露地大白菜系統(tǒng)的活性氮損失量和溫室氣體排放量。最后，減氮配施硝化抑制劑策略提高了單位面積大白菜產(chǎn)量，OPT1 和OPT2 較FP 使平均總產(chǎn)量增加了6.7% 和4.2%。因氮肥用量和產(chǎn)量無(wú)顯著差異，故OPT1 和OPT2 之間的氮足跡和碳足跡無(wú)顯著差異。綜合而言，減氮配施硝化抑制劑策略增加了露地大白菜產(chǎn)量并降低了單位面積和單位產(chǎn)量上的氮足跡和碳足跡，進(jìn)而提升了大白菜凈經(jīng)濟(jì)效益以及使由活性氮損失和溫室氣體排放造成的環(huán)境破壞成本顯著降低。因此，OPT1 和OPT2 較FP 分別顯著提高了106.0% 和97.9% 的生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益（NEEB），進(jìn)而分別降低了90.0% 的單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益的氮足跡（Nr-NEEB）以及86.7% 的單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益的碳足跡（GHG-NEEB）。 但OPT1 和OPT2 之間 的NEEB、Nr-NEEB和GHG-NEEB均無(wú)顯著差異，這主要是由產(chǎn)量、氮足跡和碳足跡沒(méi)有顯著差異造成的。

本研究結(jié)果表明，減氮配施硝化抑制劑策略可在減少氮肥投入和降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)保障蔬菜產(chǎn)量并提高氮肥利用率，兼顧經(jīng)濟(jì)效益最大化和環(huán)境友好。但在研究中仍存在不確定性和不足之處。首先，由于目前關(guān)于硝化抑制劑在菜地土壤對(duì)活性氮損失排放的研究相對(duì)較少，研究中采用王孝忠[3]基于我國(guó)露地蔬菜研究數(shù)據(jù)建立的氮素?fù)p失模型和前人在蔬菜應(yīng)用硝化抑制劑的研究中確定的活性氮損失相關(guān)排放參數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算[22-26]，然而這些排放參數(shù)因氣候、土壤、環(huán)境和農(nóng)田管理措施等差異而在不同區(qū)域存在差異，對(duì)研究結(jié)果存在一定的不確定性。其次，本研究主要關(guān)注減氮配施硝化抑制劑對(duì)大白菜產(chǎn)量、活性氮損失和溫室氣體排放的影響，對(duì)減氮配施硝化抑制劑處理對(duì)大白菜品質(zhì)的影響未開(kāi)展進(jìn)一步探究，尤其氮鈣互作對(duì)大白菜品質(zhì)和貨架期的影響。因此，需要進(jìn)一步開(kāi)展在多區(qū)域、多環(huán)境條件下的相關(guān)研究，以全面評(píng)價(jià)減氮配施硝化抑制劑策略對(duì)我國(guó)蔬菜系統(tǒng)農(nóng)學(xué)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和品質(zhì)效應(yīng)的影響。

4 結(jié)論

在西南地區(qū)露地大白菜生產(chǎn)中采用減氮配施硝化抑制劑（DMP 衍生物）的優(yōu)化管理策略，相比于農(nóng)戶習(xí)慣，提高了大白菜總產(chǎn)量、商品產(chǎn)量、凈經(jīng)濟(jì)效益和氮肥利用率，同時(shí)，顯著降低了整個(gè)大白菜生命周期的氮足跡、碳足跡和環(huán)境破壞成本，顯著提高大白菜生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益，顯著降低單位生態(tài)系統(tǒng)凈經(jīng)濟(jì)效益上的氮足跡和碳足跡。綜上所述，基于區(qū)域氣候、土壤和田間管理措施特點(diǎn)，采用減氮配施硝化抑制劑的優(yōu)化管理策略可保證西南地區(qū)蔬菜穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)并可提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)降低環(huán)境代價(jià)，實(shí)現(xiàn)蔬菜綠色生產(chǎn)。