兩種施肥情景對溫室氣體排放和經濟成本的影響

張國　逯非　王效科

摘要：本研究對山東滕州和兗州的施肥狀況進行入戶調查，借鑒農田管理措施的固碳速率和溫室氣體（GHG）排放的計算方法，根據(jù)農業(yè)部的施肥建議設定不同推薦情景，估算施肥現(xiàn)狀和推薦情景對GHG凈排放和經濟成本的影響。結果表明，小麥和玉米都采用推薦用肥能明顯減少GHG排放和經濟成本，特別是玉米采用基追結合，滕州和兗州的排放分別減少300 kgCe/（hm2·a），成本減少2 700元/hm2，化肥碳效率增加超過30%。總之，農業(yè)部施肥建議的推廣應用具有重要的環(huán)境和經濟價值。

關鍵詞：氮肥；凈排放；成本；碳強度；碳效率

中圖分類號：S147.3 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2014）03-0060-05

AbstractThe investigation on fertilization status was carried out in Tengzhou and Yanzhou， Shandong Province. Different recommended scenarios were made， and their impacts on GHG net emission and economic cost were studied and compared to fertilizing status by the calculation methods of carbon sequestration rate and GHG emission in farmland management. The results implied that the application of recommended fertilizers on wheat and corn could decrease GHG emission and economic cost. Especially the integrated application of base fertilizer and topdressing on corn， the GHG emission both decreased by 300 kgCe/（hm2·a） in Tengzhou and Yanzhou， the cost decreased by 2 700 yuan per hectare， and the carbon efficiency increased by more than 30%. In conclusion， the popularization and application of fertilizer recommended by the Ministry of Agriculture would have important environmental and economical values.

Key wordsNitrogen fertilizer； Net emission； Cost； Carbon intensity； Carbon efficiency

工業(yè)革命后，由于人類活動的增加和化石能源的使用，溫室氣體（Greenhouse Gas，GHG）排放上升，包括CO2、N2O和CH4等。農業(yè)活動排放占全球人為排放GHG的10%～12%，其中農業(yè)活動產生的N2O占全部排放的60%[1]，主要來自于氮肥的利用，且肥料的過量施用導致了土壤的酸化和水體的富營養(yǎng)化[2]，這些問題引起了人們對肥料合理利用的重大關注。

施用化肥能補償土壤養(yǎng)分的流失，滿足作物生長的需求，提高產量，保證全球的糧食生產[3，4]。作物的產量增加能導致更多有機物進入土壤，提高土壤有機碳的含量。但是化肥生產依賴化石能源，運輸和分配消耗燃料，使用氮肥導致N2O的產生，這些過程都增加了GHG排放，因此化肥的使用需要正確的管理[1，5]。

2005年，我國開展了測土配方施肥項目，推廣平衡施肥技術。目前農業(yè)部在前期成果的基礎上，制定并發(fā)布了《小麥、玉米、水稻三大糧食作物的區(qū)域大配方與施肥建議（2013）》。本研究采用入戶調查方法，對山東省現(xiàn)代農業(yè)示范區(qū)滕州和兗州進行施肥調查，根據(jù)農業(yè)部的施肥建議設定了2種推薦施肥情景，估算不同施肥情景對GHG凈排放和經濟成本的影響，并采用碳足跡的方法計算化肥碳效率。

1材料與方法

1.1調查區(qū)域和調查方法

滕州和兗州位于山東省南部， 處于暖溫帶半濕潤地區(qū)南部，季風型大陸性氣候，年均溫13.6℃，四季冷熱分明。年均降水量分別為733 mm和773.1 mm，集中在夏秋季，雨、熱同季，全年無霜期210～240天。滕州市處于魯中南山區(qū)的西南麓延伸地帶，屬于黃淮平原，兗州市處于泰沂蒙山前沖積平原。兩地的土壤類型主要為褐土、潮土和砂姜黑土。

本研究采用的農田施肥數(shù)據(jù)來自入戶問卷調查，調查時間為2011年10月。滕州和兗州隨機選取3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機選取3個自然村進行入戶調查，有效問卷總數(shù)32份，其中滕州15份，兗州17份。

1.2計算方法

1.2.1固碳速率由于磷肥和鉀肥的固碳效應不明顯[7，8]，而且主要是氮肥過量使用造成嚴重污染[2]，因此本研究只考慮肥料中純氮肥產生的固碳效應。復合肥的氮磷鉀配比不同，現(xiàn)狀的配比采用15-15-15，推薦情景采用農業(yè)部施肥建議中的推薦配比。

2結果與分析

2.1肥料用量

小麥和玉米主要施用復合肥，農戶為了節(jié)約時間，大多是一次性施肥，只有兗州少部分農戶使用尿素追肥。滕州和兗州玉米的復合肥用量均高于小麥，滕州高8%，兗州高20%（表1）。情景1中，滕州的小麥和玉米復合肥用量分別減少50%和70%，都增加了尿素作追肥，兗州小麥和玉米復合肥用量分別減少37%和72%，小麥尿素用量增加1.87倍，玉米增加1.31倍。情景2中，小麥的肥料用量和情景1相同，兩地玉米的復合肥用量與現(xiàn)狀相比都大約減少了一半，同時不用尿素追肥。

2.2固碳和GHG凈排放

本研究分析了兩種因素導致的GHG排放：肥料生產排放和氮肥施用排放（圖1）。現(xiàn)狀和推薦情景中，肥料生產排放占總和的比例都大于80%。兩種推薦情景中，在總排放減少的同時，肥

料生產排放的比例降低到81%，相應氮肥施用排放增加到19%。

兗州現(xiàn)狀的固碳速率比滕州高14%，在兩種推薦情景下，兩地的固碳速率都增加了13%。無論現(xiàn)狀還是情景，碳排放速率都高于固碳速率（圖1），按照GHG凈排放把不同情景排序：兗州現(xiàn)狀>滕州現(xiàn)狀>兗州情景2>兗州情景1>滕州情景2>滕州情景1。現(xiàn)狀條件中兩地的固碳只抵消11%的排放，兩種情景條件下固碳抵消了17%的排放。

推薦用肥提高了化肥碳效率，滕州增加了40%左右，兗州增加了30%，這說明推薦用肥情景下，化肥利用效率提高。推薦施肥也導致農戶的經濟成本下降，玉米成本下降大于小麥，兗州的下降幅度大于滕州。由于產量不變，凈收入提高，推薦用肥會極大的調動農戶的生產熱情。推薦配比也反映了不同地區(qū)、氣候、土壤和作物對養(yǎng)分的不同需求[3，19]。

兩種情景區(qū)別在于玉米的施肥情景不同，這些結果表明，玉米的兩種推薦施肥方案中，基追結合的方案優(yōu)于一次性施肥的方案。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，山東省單位種植面積化肥施用量比我們的調查數(shù)據(jù)還要高，化肥利用率低間接導致的能源浪費現(xiàn)象則顯得更為突出。采用推薦施肥特別是玉米采用基追結合方案，可使兩地每年每公頃的凈排放減少約300 kgCe，肥料成本減少2 700元，兩地的碳效率增加超過30%。因此農業(yè)部建議的推薦用肥有利于減少GHG排放和增加農戶收入，具有進一步推廣應用的環(huán)境和經濟價值。

參考文獻：

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[14]崔愛華， 馬宗國， 曹德強.不同用量氮磷鉀配施對麥茬直播稻產量的影響[J]. 山東農業(yè)科學， 2013， 45（6）： 79-80.

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[18]Chai R， Niu Y， Huang L，et al. Mitigation potential of greenhouse gases under different scenarios of optimal synthetic nitrogen application rate for grain crops in China [J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2013， 96（1）： 15-28.

[19]閆偉強， 唐利娜， 朱國梁，等.不同灌水條件下氮鉀互作對小麥產量的影響 [J]. 山東農業(yè)科學， 2013， 45（2）：90-91，94.

2.2固碳和GHG凈排放

本研究分析了兩種因素導致的GHG排放：肥料生產排放和氮肥施用排放（圖1）。現(xiàn)狀和推薦情景中，肥料生產排放占總和的比例都大于80%。兩種推薦情景中，在總排放減少的同時，肥

料生產排放的比例降低到81%，相應氮肥施用排放增加到19%。

兗州現(xiàn)狀的固碳速率比滕州高14%，在兩種推薦情景下，兩地的固碳速率都增加了13%。無論現(xiàn)狀還是情景，碳排放速率都高于固碳速率（圖1），按照GHG凈排放把不同情景排序：兗州現(xiàn)狀>滕州現(xiàn)狀>兗州情景2>兗州情景1>滕州情景2>滕州情景1。現(xiàn)狀條件中兩地的固碳只抵消11%的排放，兩種情景條件下固碳抵消了17%的排放。

推薦用肥提高了化肥碳效率，滕州增加了40%左右，兗州增加了30%，這說明推薦用肥情景下，化肥利用效率提高。推薦施肥也導致農戶的經濟成本下降，玉米成本下降大于小麥，兗州的下降幅度大于滕州。由于產量不變，凈收入提高，推薦用肥會極大的調動農戶的生產熱情。推薦配比也反映了不同地區(qū)、氣候、土壤和作物對養(yǎng)分的不同需求[3，19]。

兩種情景區(qū)別在于玉米的施肥情景不同，這些結果表明，玉米的兩種推薦施肥方案中，基追結合的方案優(yōu)于一次性施肥的方案。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，山東省單位種植面積化肥施用量比我們的調查數(shù)據(jù)還要高，化肥利用率低間接導致的能源浪費現(xiàn)象則顯得更為突出。采用推薦施肥特別是玉米采用基追結合方案，可使兩地每年每公頃的凈排放減少約300 kgCe，肥料成本減少2 700元，兩地的碳效率增加超過30%。因此農業(yè)部建議的推薦用肥有利于減少GHG排放和增加農戶收入，具有進一步推廣應用的環(huán)境和經濟價值。

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2.2固碳和GHG凈排放

本研究分析了兩種因素導致的GHG排放：肥料生產排放和氮肥施用排放（圖1）。現(xiàn)狀和推薦情景中，肥料生產排放占總和的比例都大于80%。兩種推薦情景中，在總排放減少的同時，肥

料生產排放的比例降低到81%，相應氮肥施用排放增加到19%。

兗州現(xiàn)狀的固碳速率比滕州高14%，在兩種推薦情景下，兩地的固碳速率都增加了13%。無論現(xiàn)狀還是情景，碳排放速率都高于固碳速率（圖1），按照GHG凈排放把不同情景排序：兗州現(xiàn)狀>滕州現(xiàn)狀>兗州情景2>兗州情景1>滕州情景2>滕州情景1。現(xiàn)狀條件中兩地的固碳只抵消11%的排放，兩種情景條件下固碳抵消了17%的排放。

推薦用肥提高了化肥碳效率，滕州增加了40%左右，兗州增加了30%，這說明推薦用肥情景下，化肥利用效率提高。推薦施肥也導致農戶的經濟成本下降，玉米成本下降大于小麥，兗州的下降幅度大于滕州。由于產量不變，凈收入提高，推薦用肥會極大的調動農戶的生產熱情。推薦配比也反映了不同地區(qū)、氣候、土壤和作物對養(yǎng)分的不同需求[3，19]。

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