题目原名：Effects of straw returning combined with blended
controlled-release urea fertilizer on crop yields, greenhouse gas emissions,
and net ecosystem economic benefits: A nine-year field trial
题目译名：秸秆还田配施控释尿素对作物产量、温室气体排放和生态系统净经济效益的影响：9年田间试验
期刊名称：Journal of Environmental Management
尽管秸秆还田配施控释尿素( BUFS )已被证明可以提高小麦–玉米轮作系统生产力，但其对温室气体( GHG )排放、碳足迹( CF )和净生态系统经济效益( NEEB )的影响尚不清楚。采用生命周期评价方法，研究了一个长期( 2013 –
2022年)小麦–玉米轮作试验，包括秸秆配施两种氮肥类型[ BUFS和(常规尿素肥料)CUFS]和无秸秆处理( BUF和CUF)。结果表明，与BUF和CUF处理相比，BUFS和CUFS处理的周年产量分别提高了13.8 %和11.5 %。BUFS处理较CUFS处理年产量提高13.8 %。由于BUFS和CUFS处理较BUF和CUF处理分别增加了25.0 %和27.0 %的土壤有机碳(
SOC )固存，它们分别减少了7.1 %和4.7 %的年温室气体排放和13.7 %和9.6 %的单位产量碳足迹(
CFY )。与CUFS处理相比，BUFS处理增加了20.3 %的土壤有机碳汇，减少了10.7 %的温室气体排放和23.0 %的CFY。值得注意的是，与BUF和CUF处理相比，BUFS和CUFS处理分别增加了41.6 %、26.9 %的年生态成本和70.1
%、46.7 %的年健康成本，同时也分别增加了9.8 %、6.8 %的净产量效益和29.2 %、27.3
%的土壤养分循环价值，最终分别提高了10.1 %、7.3 %的NEEB。与CUFS处理相比，BUFS处理也得到了类似的结果，最终使NEEB提高了23.1 %。基于对产量、GHG排放、CF和NEEB指标的评估，推荐BUFS处理为理想的农业施肥模式，以促进小麦–玉米轮作体系的可持续清洁生产，保护农业生态环境。
试验共设4个处理：( 1 ) CUF，常规尿素施肥但秸秆不还田；( 2 ) CUFS、常规尿素和秸秆还田；( 3 ) BUF，掺混控释尿素但秸秆不还田；( 4 ) BUFS、掺混控释尿素和秸秆还田。在BUF和BUFS处理中使用的混合控释尿素肥料将PSCU、PCU和CUF在小麦和玉米中的N比例分别为3：3：4和3.5：3.5：3。每个处理3个重复。本研究中，秸秆还田处理中小麦和玉米秸秆均还田，无秸秆处理中仅玉米秸秆不还田。试验小区面积为16 m2 ( 4 m × 4 m)，每块试验小区之间用1 m深，8 cm厚的混凝土板隔开。该地块作物播种和施肥方式详见郑国坚等。
于2013年6月至2022年10月在小麦和玉米成熟期收获籽粒。根据入口水分含量( 14 % )换算成产量。元素分析仪(元素分析仪Vario TOC cube ,德国)测定秸秆的N含量，C含量乘以40 %的因子。于2022年10月玉米成熟期，采用对角线5点取样法采集0 ~ 100 cm土壤样品，测定土壤理化性质。采用环刀法测定0 ~ 20 cm土壤容重( BD )。令人遗憾的是，20 ~ 100 cm土层土壤容重按BD = 1.377e 0.0048 SO计算。
估算了从原材料购买到农业收获的温室气体排放量。温室气体排放包括：1 )农业投入品的生产、储存和运输；2 )灌溉用电；3 ) N2O排放总量、NH3挥发和NO3淋溶；4 )试验过程中土壤有机碳储量变化。
每千克农资的温室气体排放潜力用Gi表示，其中i ( = 1 , 2
, 3)表示农资投入。如表S2所示，农资的应用率用Ratei表示。在质量基础上，N2O在100年内的全球增温潜势是CO2的298倍。
N2Ototal – N表示直接和间接途径损失的N2O – N总量。N2O – N的间接排放量约为NH3 – N挥发量的1 %和NO3 –
– N淋溶量的0.75 %。表2计算了BUF和CUF在小麦和玉米季的N2O直接损失、NH3挥发损失和NO3 – N淋溶损失。
N输入量代表秸秆的全N含量。小麦季的ε、Σ和σ的相关系数分别为0.025、0.23和0.14；玉米季的ε、Σ和σ的相关系数分别为0.0105、0.26和0.16。
其中Δ SOC表示土壤有机碳汇的年变化量( kg ha 1 yr
1)，S表示土壤有机碳储量( kg公顷1 )，H表示土壤深度( 0 ~
20cm)，Y表示土壤容重( gcm3)，SOC表示土壤有机碳含量( g kg 1)，N表示田间试验年份，4412表示C向CO2的转化系数。
由于试验中N肥种类不同，只计算了N肥的经济效益。在NEEB中进一步考虑了土壤养分循环价值( SNV )和生态和健康成本。因此，NEEB的确定方法如下：
NEEB = YP + SNV – N成本– L成本– E成本– H成本
YP = Yieldcrop × Pricecrop
在中国的平均价格：聚合物包膜尿素348.4 t；硫包衣尿素聚合物包膜，281.8 t ( 1 )；Urea，$
238.8T 1；小麦，354.3 t 1；玉米，$
313.4 t 1，一次性施肥的劳动力成本，$ 72.5 ha 1。其他费用包括机械、灌溉、农药、杀虫剂、种子等材料和费用630公顷( 1 )。
SNV对于评估自然生态系统服务功能至关重要。使用含有同等养分的肥料的当地市场价值估算了SNV ( $ ha1)。
其中W ( kgm3)表示0 – 20 cm土层重量，a表示面积( ha )，ρ表示BD (
gcm3)，h表示土壤深度( cm )；SNi ( g kg 1)表示SOM、AN、AP和AK含量，Pfi (公斤1 )表示相同土壤养分的肥料成本。其中，AN是土壤NO3 – – N和NH4 + – N含量的总和。
生态成本( E成本)和健康成本( H成本)计算如下
Ecost代表了温室气体引起的全球变暖、水体富营养化以及氮肥生产和施用过程中氮素损失引起的土壤酸度。H cost表示氮肥施用过程中不同氮损失带来的人体健康成本。
2.4 土壤变量、GHG排放、N损失、粮食和NEBB之间的相关性分析
基于小麦-玉米轮作系统9年的田间试验，LCA方法研究了BUFS处理对作物产量、温室气体排放、CF和NEEB的影响。尤其是秸秆还田配施氮肥，尤其是BUFS处理，与CUFS处理相比，显著提高了小麦和玉米的周年产量，促进了土壤有机碳的固存，降低了温室气体排放总量和碳足迹。尽管BUFS处理在一定程度上增加了生态和健康成本，但它同时增加了净产量效益和SNV，最终导致了最高的NEEB值。尽管本研究从生态和经济角度为NCP的农业管理提供了新的见解，但也存在一些局限性。首先，我们应该扩大测试地块的规模，以与土地-农场生产系统模型尽可能一致的方式来评估GHG排放、CF和NEEB。第二，由于本研究调查区域的局限性，需要一些不确定因素和多个地点和年份的田间试验来验证结果。最后，本研究中的秸秆排放因子参考了相关文献，与田间实际条件下的秸秆排放存在差异。因此，未来的研究不仅应关注在特定作物和地区精心设计的肥料施用试验，还应拓宽调查区域，以评估国家和全球尺度上的作物产量、温室气体排放、CF和NEEB。此外，应积极鼓励实际场数据与模式数据相结合，促进高效的数据同化。总之，尽管存在这些局限性，本研究仍然从环境和经济角度为政策制定者提供了一些关于相关政策制定的见解。这种施肥模式决定了农田管理转型的潜力和规模，在保证作物产量的同时进一步提高SOC固存，有助于NCP和中国实现碳中和的总体目标。
doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120633
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