不同施肥措施對黑土區(qū)玉米氮效率及碳排放的影響

張 杰，金 梁，李 艷，趙士誠，徐新朋，魏 丹，張麗娟，仇少君*，何 萍，周 衛(wèi)

（1 河北農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北保定 071000；2 中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所/農業(yè)農村部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京 100081；3 北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，北京 100097；4 黑龍江省農業(yè)科學院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，哈爾濱 150086）

促進碳減排已成為延緩氣候變暖、降低溫室氣體排放的全球共識，為此，我國提出2030年實現(xiàn)“碳達峰”和2060年實現(xiàn)“碳中和”的“雙碳”目標。農田養(yǎng)分管理措施是影響溫室氣體排放的主要途徑之一[1–3]，不合理的養(yǎng)分投入會導致溫室氣體排放增加，從而加劇農田溫室效應[4–5]。提高農田養(yǎng)分利用效率和促進土壤碳貯存是降低農田土壤碳排放的重要舉措。研究表明，與不施肥處理比，單施化肥或者有機肥均能夠顯著增加農田溫室氣體排放[6–7]，而二者混施或者有機肥部分替代化肥可以緩解土壤N2O排放[8]。東北地區(qū)作為我國重要的玉米產區(qū)之一，種植面積達到了1.57×107hm2，約占全國玉米總種植面積的37.3%，集約化玉米種植模式使東北黑土肥力下降，成為重要的碳源[9]，為應對這種不利情況我國科研工作者提出了一系列養(yǎng)分管理措施[10–12]。而不同施肥措施下玉米生產系統(tǒng)氮肥利用及溫室氣體排放的碳足跡特征尚不清楚。

合理降低化肥投入量被視為提高農田養(yǎng)分利用效率的有效舉措，而化肥配施有機肥可有效增加土壤養(yǎng)分和有機碳固持，降低氮素損失，且有機肥礦化可增加作物養(yǎng)分供應，從而提高養(yǎng)分利用效率。劉占軍等[13]通過對吉林地區(qū)春玉米研究發(fā)現(xiàn)，在化肥氮投入量降低20%的前提下，氮肥利用效率提高了21.2%，而進一步采用有機肥替代30%化肥氮，可使氮肥利用效率提高57.6%。即使如此，從生產肥料到農作物產出各個環(huán)節(jié)都能產生碳排放，但系統(tǒng)評價作物整個生產過程各個鏈條上所產生的碳排放，不僅需要考慮土壤溫室氣體的直接排放，也要考慮農業(yè)生產中的工業(yè)制品投入(化肥、農藥等)，能源消耗(電力、燃油等)造成的間接溫室氣體排放[14]。Cheng等[15]研究表明農作物生產除施肥外其他因素貢獻了約40%的溫室氣體排放；Zhang 等[3]研究也表明，果園內化肥、農藥投入及電力、燃油消耗等對溫室效應貢獻率達到了60%以上。為全面衡量農作物整個生產周期內直接或間接產生的CO2氣體的總量[16]，碳足跡(carbon foot, CF)被廣泛采納為衡量溫室氣體排放的重要工具。采用生命周期評價(life cycle assessment, LCA)方法能夠明確作物生長過程中不同排放源對總碳排放量的貢獻，對于采取針對性措施減緩溫室氣體排放具有重要的意義。劉宇峰等[17]的研究也表明，在我國農作物生產中不同來源碳排放的比例以化肥最高，灌溉電消耗次之，且不同地區(qū)間存在較大差異，同時針對性的提出了低碳農業(yè)發(fā)展的建議。此外史磊剛等[18]研究也表明化肥投入與灌溉電力消耗帶來的碳排放比例最高，達到了86.0%，并提出降低農業(yè)肥料投入有助于我國低碳農業(yè)發(fā)展。由此可見，農田碳減排可通過多種途徑來實現(xiàn)。當前，我國黑土肥力下降，集約化農業(yè)生產模式進一步增加碳排放，針對這一問題，系統(tǒng)分析不同排放源對玉米生產系統(tǒng)碳排放的貢獻水平有利于針對性的開展低碳農業(yè)養(yǎng)分管理措施。因此，本研究通過2年田間定位試驗研究不同養(yǎng)分管理措施下玉米產量及氮素利用效率，并詳細記錄玉米從種植到收獲過程中各農資投入總量，結合LCA方法全面分析玉米生產過程中產生的碳排放，解釋東北地區(qū)玉米生產過程中碳排放結構，為準確而全面的評估玉米生產的溫室效應，制定有效的減排措施提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗區(qū)位于哈爾濱市民主鄉(xiāng)黑龍江省農科院現(xiàn)代農業(yè)科技示范園區(qū) (E126°48′55″～126°51′26″，N45°49′44″～45°51′01″)，地處松花江南岸的沖積平原。該區(qū)海拔130～150 m，年平均氣溫為3.6℃，年平均降水量為486.4～543.6 mm，全年無霜期為135天，屬典型寒溫帶大陸季風氣候。土壤類型屬典型黑土，黑土層厚度約為25～40 cm。試驗期間，哈爾濱市氣象數(shù)據(jù)如圖1所示，2015、2016年平均溫度分別為5.6、5.0℃，年總降水量分別為420.1和610.8 mm。試驗開始前測定0—20 cm土層基本理化性質：有機質 33.4 g/kg、pH 6.9、容重 1.18 g/cm3、有機碳儲量 44.6 t/hm2、全氮 1.8 g/kg、硝態(tài)氮 43.1 mg/kg、銨態(tài)氮 1.58 mg/kg、速效磷 40.2 mg/kg、速效鉀 253 mg/kg。

圖1 2015—2016年哈爾濱月均溫度與月總降水量Fig. 1 Monthly mean temperature and monthly total precipitation in Harbin from 2015 to 2016

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組排列，共設置5個不同施肥處理，每個處理重復3次。試驗處理包括：1)不施氮肥對照(CK)；2)推薦施肥處理(RF)；3)推薦施肥+有機氮替代20%化肥氮(MRF)；4)推薦施肥+秸稈還田(SRF)；5)農民傳統(tǒng)習慣處理(TF)。CK處理磷、鉀肥投入量分別為60、75 kg/hm2，且全部基施；推薦施肥處理(即RF、SRF與MRF處理)化肥施用方式N、P2O5及K2O養(yǎng)分投入量分別為 165、60、75 kg/hm2，氮肥按照基肥∶拔節(jié)肥∶大喇叭口肥=1∶1∶1施用，推薦施肥用量參照文獻[19]構建的養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦用量。當?shù)剞r戶傳統(tǒng)養(yǎng)分管理方式(TF處理)的N、P2O5及K2O養(yǎng)分投入量分別為210、75、60 kg/hm2。與TF處理相比，3個推薦施肥處理的N與P2O5投入量分別降低了21.4%、20.0%，而K2O投入量增加了25.0%。試驗所用化肥種類分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀；秸稈還田處理為在秋季收獲后將粉碎的秸稈均勻撒施于地表，隨后旋耕入土，還田量為6000 kg/hm2，秸稈N、P2O5、K2O及有機碳平均含量分別為0.24%、0.38%、1.46%、43.0%；有機肥種類為商品有機肥，N、P2O5、K2O及有機碳平均含量分別為1.86%、3.11%、0.85%、35.0%，施用量約1774 kg/hm2，于播種前一次性均勻撒施于地表，隨后旋耕入土。玉米品種為龍高L2，于每年五月初播種，十月初收獲，行距0.65 m，株距 0.3 m，壟作，小區(qū)面積為 58.5 m2。生育期內除養(yǎng)分管理不同外，其他農事操作均按照農民傳統(tǒng)習慣進行管理。

1.3 生命周期評價法介紹

生命周期評價法是指在某一產品系統(tǒng)的生命周期內，輸入、輸出及潛在環(huán)境影響的匯編和評價，從產品的整個生長周期尺度全面、綜合地評析其對環(huán)境的影響，更精準地定位糧食生命周期內各生產環(huán)節(jié)對碳排放的貢獻，該方法有利于提出并制定更有效的減排措施[20]。本研究中量化玉米生產系統(tǒng)碳足跡主要包括確定調查邊界、收集相關數(shù)據(jù)及計算3個部分。

1.3.1 調查邊界 調查邊界主要涉及玉米生產過程中農資投入和產出過程的碳足跡(圖2)，主要包括兩部分：1)生產資料的生產與運輸；2)土壤溫室氣體排放。

圖2 玉米生產系統(tǒng)碳足跡與氮排放計算邊界Fig. 2 Calculation boundary of carbon footprint and nitrogen emission in maize production system

農業(yè)生產資料的生產與運輸導致的碳排放主要包括：1)化肥、農藥、燃油等農用物資生產和運輸過程中能源消耗所產生的碳排放；2)耕地、播種、收獲等過程因農機耗能所產生的碳排放。研究表明種子在生產過程中所產生的碳足跡低于農作物生命周期整體的0.1%[21]，故本研究不將其納入計算范圍。

土壤溫室氣體排放主要包括CO2、N2O及CH4，研究表明北方旱田為一個弱的CH4匯，對農田溫室效應貢獻較低[22]，故本研究中不考慮農田CH4排放。土壤CO2排放總量則依據(jù)土壤有機碳累積的改變量確定。在本研究中，各處理對土壤有機碳含量變化影響不予考慮，主要原因有：1)碳投入是增加土壤有機質或延緩土壤有機質下降的主要措施[23–29]，且土壤有機碳增加主要取決于土壤中有機碳輸入與輸出間的平衡關系[30–32]。根據(jù)Zhang等[33]報道，該區(qū)域農田有機碳年均投入量達3.3 t/hm2時，土壤有機碳才能維持平衡，本研究中各處理碳投入量均低于該值，故可斷定各處理下土壤有機碳含量輸出量高于輸入量；2)根據(jù)Conant 等[34]研究報道，短期內無機肥處理下土壤有機碳含量幾乎不會發(fā)生改變，故本研究認為CK、RF與TF處理下土壤有機碳含量在2年試驗期間的降低量可以忽略不計；而MRF與SRF處理增加了外源碳輸入量，其土壤有機碳含量的降低幅度低于單施化肥處理，故本研究亦不考慮該處理下土壤有機碳的改變。

1.3.2 數(shù)據(jù)收集 通過實際田間追蹤，記錄了田間各項農事操作活動及土壤溫室氣體排放(即N2O)數(shù)據(jù)。主要參數(shù)有：1)各處理化肥投入(見1.2內容)；2)玉米生長周期內油耗，包括耕地、播種、收獲等過程農機柴油用量約113 L/hm2，清理秸稈、秸稈粉碎及施用有機肥等過程柴油用量約15 L/hm2；3)農藥用量為13.7 kg/hm2；4)土壤N2O排放分為直接排放與間接排放，N2O直接排放具體計算過程及文獻引用見1.3.3，間接排放主要是由NH3揮發(fā)與NO3–淋溶損失所導致，主要采用系數(shù)轉化法估算N2O排放量、NH3揮發(fā)量及NO3–淋溶損失量，具體計算過程及文獻引用見1.3.3計算公式詳述。此外，東北春玉米為雨養(yǎng)農業(yè)，灌溉耗電量可忽略；施肥和打藥過程采用人工進行，不納入碳排放。各個過程碳排放轉化系數(shù)如表1所示。

表1 各生產環(huán)節(jié)碳排放系數(shù) (CO2-eq kg/kg)Table 1 Carbon emission coefficient from each production process

1.3.3 計算公式 氮肥農學效率 (kg/kg) = (施氮區(qū)產量–不施氮區(qū)產量)/施氮量

氮肥偏生產力 (kg/kg) = 施氮區(qū)產量/施氮量

玉米生長周期內碳足跡的計算公式為：

式中，CF(carbon footprint)為玉米生產系統(tǒng)的碳足跡 (CO2-eq kg/kg, grain)；yield為玉米產量 (kg/hm2)；CEtotal(total carbon emission)為玉米生育周期內各環(huán)節(jié)產生碳排放的總和(CO2-eq kg/hm2)。CEtotal的計算公式為：

式中，AI為農業(yè)生產資料投入量，包括化肥、柴油、農藥等；δ是相關生產資料的碳排放系數(shù)，具體系數(shù)如表1所示；Total N2O為農作物生長過程中農田N2O排放總量(kg/hm2)， 4 4/28為N2O與N的分子質量比，298為N2O氣體的溫室效應(CO2-eq kg/kg,N2O)。Total N2O計算公式為：

式中，EN2O、ENH3及分別代表N2O直接排放量(kg/hm2)、NH3揮發(fā)量(kg/hm2)及NO3-淋溶損失量(kg/hm2)；ENH3與的系數(shù)分別表示每產生l kg 的氨揮發(fā)(NH3)或者硝態(tài)氮淋失(NO3–)分別間接導致0.01 kg 和 0.025 kg 的 N2O 排放[39]。單施化肥處理(RF、TF處理)采用Cui等[40]提出的中國北方玉米生產過程中氮損失估算EN2O、ENH3及。有機肥替代處理依據(jù)Zhang 等[41]得出的中國旱田有機肥替代化肥氮條件下的氮損失估算EN2O與ENH3。秸稈還田處理氮損失則在Cui等[40]提出的模型基礎上，結合已有秸稈還田對東北黑土玉米氮素損失的影響系數(shù)確定不同途徑氮素損失量，已有研究表明化肥配合秸稈還田較單施化肥提高N2O排放量12.77%，降低NH3揮發(fā)量7.3%[42–44]。有機肥替代與秸稈還田處理下各處理NO3–淋溶損失量參數(shù)一致，因為Qiu等[45]研究認為有機肥或秸稈還田處理較單施化肥處理對NO3–淋溶無顯著影響。因此，不同處理EN2O、ENH3及的計算公式如表2所示，并根據(jù)這些公式計算了不同施肥處理的碳排放量(表3)。

表2 各途徑氮損失計算公式Table 2 Calculation formula of nitrogen loss in each pathway

表3 不同施肥處理碳排放量(CO2-eq kg/hm2)Table 3 Carbon emissions under different fertilization treatments

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)均利用Excel 2011與SPSS 16.0軟件處理，采用SPSS 16.0軟件進行方差分析和LSD0.05顯著性檢驗，采用 Sigmaplot 12.5 及 Excel 2011 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 玉米產量

施用氮肥顯著提高了玉米產量(圖3)，與CK處理相比，RF、MRF、SRF及TF處理在2015年分別顯著(P< 0.05)提高了82.1%、85.3%、78.3%、73.4%，且各施肥處理間無顯著差異；在2016年，RF、MRF、SRF及TF處理分別顯著(P<0.05)提高了67.5%、80.8%、92.0%、71.2%，其中SRF處理較RF與TF處理分別顯著(P<0.05)提高了14.7%、12.2%。綜合兩年結果來看，RF、MRF、SRF及TF處理較CK處理分別顯著(P<0.05)提高了74.6%、83.0%、85.4%、72.3%，而RF、MRF與SRF處理產量分別較TF處理提高了1.3%、6.2%和7.6%。

圖3 不同施肥處理對玉米產量的影響Fig. 3 Effects of fertilization treatments on maize grain yield

2.2 氮肥農學效率與偏生產力

合理降低氮肥投入量可有效提高氮肥農學效率(圖4)，2015—2016年RF、MRF及SRF處理氮肥農學效率較TF處理分別顯著(P<0.05)提高了31.3%、82.6%、50.3%，其中MRF處理的氮肥農學效率(38.5 kg/kg)顯著(P<0.05)高于RF與SRF處理，而SRF處理在2016年顯著高于RF處理(P<0.05)。與氮肥農學效率提高效果相同，2015—2016年RF、MRF及SRF處理氮肥偏生產力較TF處理分別顯著提高了29.0%、69.0%、37.0% (P<0.05)，其中MRF處理較RF與SRF處理分別顯著提高了31.0%、23.4% (P<0.05)，而SRF處理在2016年顯著高于RF處理(P<0.05)。

圖4 不同施肥處理對氮肥農學效率及氮肥偏生產力的影響Fig. 4 Effects of fertilization treatments on agronomy efficiency of fertilizer N (AEN) and partial factor productivity of fertilizer N (PFPN)

2.3 碳排放

農田養(yǎng)分管理方式顯著影響東北地區(qū)玉米生產生命周期碳排放量(圖5)。在2015年，RF、MRF、SRF及TF處理的碳排放量較CK處理分別顯著提高了39.7%、13.6%、44.3%、68.6% (P<0.05)，其中TF處理顯著高于RF、MRF及SRF處理，而SRF處理顯著高于MRF處理(P<0.05)；而在2016年，RF、MRF、SRF及TF處理分別顯著提高了21.3%、15.2%、37.8%、49.7% (P<0.05)，其中TF處理最高，其次為RF與SRF處理，而MRF處理顯著低于RF處理(P<0.05)。整體來看，在2015—2016年期間，RF、MRF、SRF及TF處理的碳排放量較CK處理分別顯著 (P<0.05) 提高了 37.6%、24.0%、38.5%、63.6%；而在施氮肥處理中，RF、MRF與SRF處理較TF處理分別顯著降低了 16.0%、 24.7%、 16.4%，其中，推薦施肥下的MRF處理較RF與SRF處理顯著降低了9.9%、10.4% (P<0.05)。

圖5 不同施肥處理對玉米種植體系碳足跡的影響Fig. 5 Effects of fertilization treatments on carbon footprint in maize production system

2.4 各因素貢獻率

施用氮肥影響了玉米整個生育期內各因子碳排放的貢獻水平(圖6)。在氮肥施用情況下，主要的貢獻因子為氮肥施用及總N2O排放，占比總和達70%以上，其中氮肥平均貢獻率約占43.6%；其次為農藥和柴油投入，占比分別為10.2%、13.6%；而磷肥、鉀肥投入占比總和不足3%。MRF下氮肥施用貢獻率較RF與SRF處理分別下降了14.9%、10.0%，表明有機肥部分替代化肥可有效降低農田氮肥對碳足跡的貢獻。由上述可知，適當減少氮肥投入量是有效降低農田碳足跡的有效途徑。

3 討論

3.1 氮肥利用效率

氮素可促進玉米植株生長及光合作用器官的形成，是產量構成的必需營養(yǎng)元素，在一定范圍內增施氮肥有助于植株干物質的累積，對玉米產量的貢獻可達30%～50%[46]，而當施氮量超出植物生長所需時，玉米產量將不再持續(xù)增加[47]。因此確保氮肥的供需平衡對有效提高作物產量、增加氮肥的利用效率、降低氮素損失尤為重要。本研究中，相比于TF處理，RF、MRF與SRF處理在明顯降低氮肥投入量的前提下對產量無顯著影響，表明合理降低肥料投入能夠實現(xiàn)東北地區(qū)玉米產量穩(wěn)定。這一方面可能因為TF處理下土壤氮素和肥料氮總供應超出了玉米生長所需；另一方面也可能與RF、MRF與SRF處理下多次追肥提高了氮肥的利用效率有關，研究表明分次施氮是確保玉米不同生長時期持續(xù)養(yǎng)分供應的重要措施，可有效提高氮素利用效率，提高籽粒產量[48–50]。此外，相比于RF與TF處理，SRF處理在2016年顯著提高了玉米產量，這可能與不同年限間土壤水分含量差異有關，充足的土壤水分供應是保證玉米出苗率的重要條件之一[51]，2016年苗期(5—6月)降水量高于2015年(圖1)，同時秸稈還田可以改善土壤結構、提高土壤蓄水保水能力[52]，從而保證了SRF處理下土壤有較高的水分供應。

相比于RF處理，在2016年SRF處理下玉米產量顯著提高了14.7%，同時MRF處理雖然降低了20%的化肥氮投入量，但與RF處理產量無顯著差異，表明增施有機肥或者秸稈還田處理有助于作物產量形成。這可能歸因于以下幾點：1)有機物料中含有豐富的植物生長所需的大量及中微量元素，有機無機配施促進了有機物料的分解[53–54]，從而提高了土壤的養(yǎng)分供應能力；2)有機物料礦化速率緩慢，能夠在作物生長的各個時期提供養(yǎng)分[55–57]；3)有機物料投入有助于改善土壤理化性質，降低土壤容重，提高土壤保水保肥能力[58–59]。此外，本研究結果表明有機無機配施顯著提高了氮肥的農學利用效率與化肥氮的偏生產力，與以往的研究結果[60–64]相同，而MRF處理兩指標顯著高于SRF處理可能主要是由于MRF處理降低了20%的氮肥投入量所致。

3.2 碳足跡

本研究中不同施肥處理條件下玉米農田單位產量下碳足跡為 CO2-eq 0.15～0.28 kg/kg，與前人研究結果[65–67]相似。但同時也低于其他的研究結果，如俞祥群等[14]研究發(fā)現(xiàn)浙江省春玉米農田生產碳足跡約為 CO2-eq 0.47～0.66 kg/kg，劉松等[68]對渭河平原春玉米碳足跡的研究結果為CO2-eq 0.62 kg/kg，這一方面可能由于調查邊界的定義、農資投入排放系數(shù)的選取以及碳足跡的計算方法不同所導致的；另一方面也可能與試驗區(qū)域有關，如周志花[65]研究表明不同地區(qū)的作物碳足跡的差異性很大，這主要是地域性氣候、土壤類型及農民種植習慣有較大差異所造成的。其中氣候與土壤類型不同易導致區(qū)域間氮損失量不同，例如河北和北京等地區(qū)N2O排放因子為N2O 0.018 kg/kg N，而浙江、安徽等地則可達 N2O 0.034 kg/kg N；而農民種植習慣則會影響到農田養(yǎng)分、農藥施用量，進而改變了因生產資料投入所引發(fā)的溫室氣體排放[65]。

相比于CK處理，施用氮肥或添加有機物料均顯著提高了東北地區(qū)玉米生長季內的碳足跡(圖5)。綜合研究結果可以發(fā)現(xiàn)，導致處理間差異的主要原因是氮肥投入及N2O排放兩因素，兩因素的貢獻占比達70%以上，同時研究表明N2O排放隨農田施氮量的增加而增加[69–70]。由此可知，合理降低農田氮素投入量是實現(xiàn)降低東北地區(qū)玉米生產過程中碳足跡的有效途徑，這與其他研究結果[14,67,71–72]相似。此外，相比于TF處理，RF、MRF與SRF處理通過降低氮肥投入量致使碳足跡顯著下降，由此可進一步確定上述觀點。MRF處理較RF處理在降低氮肥投入量的同時保證了產量穩(wěn)定從而使農田碳足跡得到了明顯降低，表明有機肥配合化肥減施可進一步提高農田碳減排的效果，這主要與施用有機肥提高了化肥氮的利用效率有關。本研究中化肥氮農學效率最高為MRF處理，為38.5 kg/kg，遠低于發(fā)達國家的平均水平[73]，如果采取其他措施提高農田化學氮素利用率，則可進一步降低農田氮肥投入，從而有利于減少農作物種植過程中化學氮肥施用引發(fā)的碳排放。

研究結果顯示，氮肥投入對碳足跡的貢獻率達43.6% (圖6)，這一方面是由于氮肥投入量，另一方面則是因為在氮肥生產和運輸過程中消耗了大量的化石燃料。本研究依據(jù)我國的基本國情確定氮肥在生產和運輸過程中碳排放系數(shù)為CO2-eq 6.38 kg/kg N[35]，而發(fā)達國家化肥生產CO2排放因子僅為CO2-eq 4.8 kg/kg N，因此提高化肥生產效率及技術水平亦是有效降低我國農田碳足跡的重要途徑。

3.3 不確定性分析

本研究采用生命周期法綜合評價了我國東北地區(qū)不同養(yǎng)分管理水平下玉米農田碳足跡，但仍存在一定的不確定性：第一，雖然本研究中物資生產溫室氣體排放清單計算參數(shù)均有據(jù)可依，但文獻調研獲得數(shù)據(jù)本身會存在一定的變異，增加本研究溫室氣體排放的不確定性；第二，農田氮素損失容易受到氣候條件、土壤類型及農田管理措施影響，雖然本研究采用了Cui等[40]，Zhang等[41]依據(jù)前人研究所提出的氮損失經驗模式進行估算，但這與實際結果仍會存在一定偏差；第三，本研究雖然在一定程度上考慮了有機物料投入對氮素損失的影響，但目前關于有機物料投入對N2O排放、NH3揮發(fā)及NO3?淋溶影響在不同氣候不同土壤中并不一致[74–76]，這也會增加研究結果的不確定性。盡管如此，本研究初步定量了東北黑土春玉米生產過程中碳排放的主要因子及其貢獻，為進一步降低黑土春玉米農業(yè)生產過程關鍵環(huán)節(jié)和相應的農田養(yǎng)分管理措施的碳排放指明了方向。

4 結論

氮肥施用量和氮素損失是玉米生產過程中碳排放的最大貢獻因子，二者的貢獻率超過玉米生命周期全部碳排放量的70%，磷鉀肥的貢獻不足3%。合理降低氮肥投入量、提高鉀肥投入量可維持玉米穩(wěn)產，有機肥替代20%的氮肥投入不僅可進一步降低農田碳排放，還能顯著提高玉米產量，提高肥料的利用效率。因此，減施化學氮肥配合有機肥是黑土區(qū)玉米高產高效、環(huán)境友好的養(yǎng)分管理措施。