Agronomy丨黄淮海地区玉米/花生间作降低碳足迹和提高生态系统净经济效益为期四年的研究

论文内容

研究背景：

包括二氧化碳 (CO 2)、一氧化二氮 (N2 O) 和甲烷 (CH 4) 在内的人为温室气体 (GHG) 排放水平不断上升，正在对自然生态系统造成逐渐破坏，预计未来几年将对全球经济和社会产生越来越严重的影响。全球气候变化的这一过程对人类构成了威胁，必须加以解决。《巴黎协定》确立了确保全球气温相对于工业化前水平升高不到2°C的目标，并正在做出具体努力将这种变暖维持在1.5°C以下，以减轻气候变化的不利影响。农业是人类产生的温室气体排放的主要且不断增长的来源，多项研究表明，自1980年代以来，农业氮氧化物排放量增加了45％以上。在过去的十年中，农业产生的温室气体排放量估计增加了10.1％，现在约占全球排放水平的22％，因此它们是减少温室气体产量的特别重要的目标。但是，预计世界人口将在2050年进一步增加到97亿，到2100年将增加到104亿，而人均可耕地继续从1961年的人均0.36公顷下降到全球人均0.18公顷，截至2018年，中国人均0.09公顷。因此，进一步优化耕作系统以最大限度地提高产量，同时最大限度地减少有限土地区域的温室气体排放，已成为现代农业的重点。

中国的玉米产量位居世界第二，2021年的玉米产量估计为2.61亿吨，占全球玉米产量的22％。中国黄海海地区的玉米种植面积约为1300万公顷，约占全国玉米种植面积的31.66％ ，使该地区成为中国谷物生产力的主要来源。中国也是全球最大的花生生产国，2021年花生产量占全球花生供应量的38％，其中50.86％的中国花生种植面积位于黄淮海地区。2022年第一号中央文件强调了在提高植物油产量的同时稳定粮食产量和播种面积的重要性，强调协调发展这些战略是确保中国粮油安全的重要国家优先事项。

研究内容：

以花生间作对作物产量和温室气体排放的影响为重点的研究。减少全球温室气体积累有两种主要方法：减少温室气体排放和增强碳汇吸收这些气体，尤其是二氧化碳的能力。一些农艺参数会影响农业环境中的温室气体产量，包括灌溉、耕作和施肥策略，因为它们会改变底层土壤的物理化学特征。农业中使用的化肥、化石燃料、机械和杀虫剂也间接地导致了二氧化碳的排放。因此，与农业相关的碳足迹（CF）被用作评估温室气体排放量和特定农业系统的环境效益的指标，以二氧化碳当量（CO 2-eq）量化温室气体总产量。碳足迹经常被用作评估不同种植系统长期温室气体排放量的指数，该指数用于以低碳农业为重点的生命周期评估（LCA）研究。碳足迹还被用来量化间作系统的温室气体产量，包括华北平原的玉米/大豆间作、多年生草/饲料豆类间作、燕麦/向日葵间作以及间作综合农业。这些分析为全球设计碳含量较小的农业系统的努力提供了基础。但是，尚未使用CF方法进行任何研究来评估中国玉米/花生间作系统的环境影响。

温室气体排放与经济效益之间通常存在关系，因此与农业相关的经济收益水平的提高可能会对环境造成更大的风险，进而减少此类农业产出的净经济效益。净生态系统经济效益（NEEB）是一个考虑到这一点的指数，允许根据作物产量、农业衡量标准和CF等参数对给定农业系统的净经济效益进行全面评估，从而使研究人员能够有效地评估给定系统是否可持续。因此，有必要进行实地研究，以评估玉米/花生间作作为一种策略的可持续性，该策略可以降低温室气体排放量和碳含量，同时改善相关的NEEB。

因此，这项研究需要对中国黄淮海地区的玉米/花生间作系统进行为期四年的实地研究。这项研究的目标是（1）比较玉米和花生的相对产量，（2）评估温室气体排放，（3）研究碳含量的变化，（4）评估这些不同的单作或间作系统下的NEEB。因此，这项研究旨在全面评估在田间研究中从玉米/花生单一栽培过渡到间作时CF和NEEB的变化，以帮助开发不会对中国谷物产量产生不利影响的低碳间作系统。

研究结论：

近几十年来，气候变化、全球粮食需求增加和可耕地数量减少已成为对社会完整性的日益严重的威胁，这凸显了为这些日益棘手的问题制定各种切实可行的解决方案的必要性。优化农艺管理做法和耕作制度可能是减少温室气体排放和节约能源的有前途的手段，从而在不影响作物生产率的情况下产生净收益。在这项研究中，对中国黄淮海地区的田间条件下的玉米/花生间作系统进行了为期四年的评估。在这种背景下，玉米/花生间作显著提高了单位可耕地的作物生产力，同时需要较低的氮施量，这表明这种或类似的玉米间作系统可能有助于减轻耕地面积日益增长的压力。此外，相对于M系统，MP与减少温室气体排放有关，四年内N2 O排放量下降了27.17％。与M和P相比，MP条件也使相关的CF分别降低了11.11-31.65％和30.37—43.62％，NEEB相应增加了70.69％和26.25％，能源使用效率也有所提高。这些发现表明，从花生或玉米单作系统转化为玉米/花生间作系统可能是降低农艺CF，同时提高中国黄淮海地区NEEB水平的有前途的手段。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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