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摘要：本研究对山东滕州和兖州的施肥状况进行入户调查，借鉴农田管理措施的固碳速率和温室气体（GHG）排放的计算方法，根据农业部的施肥建议设定不同推荐情景，估算施肥现状和推荐情景对GHG净排放和经济成本的影响。结果表明，小麦和玉米都采用推荐用肥能明显减少GHG排放和经济成本，特别是玉米采用基追结合，滕州和兖州的排放分别减少300 kgCe/（hm2·a），成本减少2 700元/hm2，化肥碳效率增加超过30%。总之，农业部施肥建议的推广应用具有重要的环境和经济价值。
关键词：氮肥；净排放；成本；碳强度；碳效率
中图分类号：S147.3 文献标识号：A 文章编号：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
工业革命后，由于人类活动的增加和化石能源的使用，温室气体（Greenhouse Gas，GHG）排放上升，包括CO2、N2O和CH4等。农业活动排放占全球人为排放GHG的10%～12%，其中农业活动产生的N2O占全部排放的60%[1]，主要来自于氮肥的利用，且肥料的过量施用导致了土壤的酸化和水体的富营养化[2]，这些问题引起了人们对肥料合理利用的重大关注。
施用化肥能补偿土壤养分的流失，满足作物生长的需求，提高产量，保证全球的粮食生产[3，4]。作物的产量增加能导致更多有机物进入土壤，提高土壤有机碳的含量。但是化肥生产依赖化石能源，运输和分配消耗燃料，使用氮肥导致N2O的产生，这些过程都增加了GHG排放，因此化肥的使用需要正确的管理[1，5]。
2005年，我国开展了测土配方施肥项目，推广平衡施肥技术。目前农业部在前期成果的基础上，制定并发布了《小麦、玉米、水稻三大粮食作物的区域大配方与施肥建议（2013）》。本研究采用入户调查方法，对山东省现代农业示范区滕州和兖州进行施肥调查，根据农业部的施肥建议设定了2种推荐施肥情景，估算不同施肥情景对GHG净排放和经济成本的影响，并采用碳足迹的方法计算化肥碳效率。
1材料与方法
1.1调查区域和调查方法
滕州和兖州位于山东省南部， 处于暖温带半湿润地区南部，季风型大陆性气候，年均温13.6℃，四季冷热分明。年均降水量分别为733 mm和773.1 mm，集中在夏秋季，雨、热同季，全年无霜期210～240天。滕州市处于鲁中南山区的西南麓延伸地带，属于黄淮平原，兖州市处于泰沂蒙山前冲积平原。两地的土壤类型主要为褐土、潮土和砂姜黑土。
本研究采用的农田施肥数据来自入户问卷调查，调查时间为2011年10月。滕州和兖州随机选取3个乡镇，每个乡镇随机选取3个自然村进行入户调查，有效问卷总数32份，其中滕州15份，兖州17份。
1.2计算方法
1.2.1固碳速率由于磷肥和钾肥的固碳效应不明显[7，8]，而且主要是氮肥过量使用造成严重污染[2]，因此本研究只考虑肥料中纯氮肥产生的固碳效应。复合肥的氮磷钾配比不同，现状的配比采用15-15-15，推荐情景采用农业部施肥建议中的推荐配比。
2结果与分析
2.1肥料用量
小麦和玉米主要施用复合肥，农户为了节约时间，大多是一次性施肥，只有兖州少部分农户使用尿素追肥。滕州和兖州玉米的复合肥用量均高于小麦，滕州高8%，兖州高20%（表1）。情景1中，滕州的小麦和玉米复合肥用量分别减少50%和70%，都增加了尿素作追肥，兖州小麦和玉米复合肥用量分别减少37%和72%，小麦尿素用量增加1.87倍，玉米增加1.31倍。情景2中，小麦的肥料用量和情景1相同，两地玉米的复合肥用量与现状相比都大约减少了一半，同时不用尿素追肥。 2.2固碳和GHG净排放
本研究分析了两种因素导致的GHG排放：肥料生产排放和氮肥施用排放（图1）。现状和推荐情景中，肥料生产排放占总和的比例都大于80%。两种推荐情景中，在总排放减少的同时，肥
料生产排放的比例降低到81%，相应氮肥施用排放增加到19%。
兖州现状的固碳速率比滕州高14%，在两种推荐情景下，两地的固碳速率都增加了13%。无论现状还是情景，碳排放速率都高于固碳速率（图1），按照GHG净排放把不同情景排序：兖州现状>滕州现状>兖州情景2>兖州情景1>滕州情景2>滕州情景1。现状条件中两地的固碳只抵消11%的排放，两种情景条件下固碳抵消了17%的排放。
推荐用肥提高了化肥碳效率，滕州增加了40%左右，兖州增加了30%，这说明推荐用肥情景下，化肥利用效率提高。推荐施肥也导致农户的经济成本下降，玉米成本下降大于小麦，兖州的下降幅度大于滕州。由于产量不变，净收入提高，推荐用肥会极大的调动农户的生产热情。推荐配比也反映了不同地区、气候、土壤和作物对养分的不同需求[3，19]。
两种情景区别在于玉米的施肥情景不同，这些结果表明，玉米的两种推荐施肥方案中，基追结合的方案优于一次性施肥的方案。统计数据显示，山东省单位种植面积化肥施用量比我们的调查数据还要高，化肥利用率低间接导致的能源浪费现象则显得更为突出。采用推荐施肥特别是玉米采用基追结合方案，可使两地每年每公顷的净排放减少约300 kgCe，肥料成本减少2 700元，两地的碳效率增加超过30%。因此农业部建议的推荐用肥有利于减少GHG排放和增加农户收入，具有进一步推广应用的环境和经济价值。
参考文献：
[1]Linquist B A， Adviento-Borbe M A， Pittelkow C M，et al. Fertilizer management practices and greenhouse gas emissions from rice systems： A quantitative review and analysis [J]. Field Crops Research， 2012， 135（30）：10-21.
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[3]武兰芳， 陈阜， 欧阳竹， 等. 黄淮海平原麦玉两熟区粮食产量与化肥投入关系的研究 [J]. 植物营养与肥料学报， 2003， 9（3）： 257-263.
[4]于淑芳，杨力， 孙明， 等.山东省高产粮田养分状况及施肥影响的研究 [J]. 山东农业科学， 2000（5）：31-33.
[5]Alvarez R. A review of nitrogen fertilizer and conservation tillage effects on soil organic carbon storage [J]. Soil Use and Management， 2005， 21（1）： 38-52.
[6]孙钊. 测土配方施肥项目的发展现状与对策 [J]. 现代农业科技， 2009（15）：204.
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[8]于锐， 王其存， 朱平， 等. 长期不同施肥对黑土团聚体及有机碳组分的影响 [J]. 土壤通报， 2013， 44（3）： 594-600.
[9]Lu F， Wang X， Han B，et al. Soil carbon sequestrations by nitrogen fertilizer application， straw return and no-tillage in China’s cropland [J]. Global Change Biology， 2009， 15（2）： 281-305.
[10]孙善彬， 李俊， 陆佩玲， 等. 小麦植株在麦田CH4交换中的作用及光照的影响 [J]. 中国生态农业学报， 2009， 17（3）： 495-499.
[11]逯非， 王效科， 韩冰， 等. 中国农田施用化学氮肥的固碳潜力及其有效性评价 [J]. 应用生态学报， 2008，19（10）： 2239-2250.
[12]徐小明. 吉林西部水田土壤碳库时空模拟及水稻生产的碳足迹研究 [D].长春：吉林大学，2011.
[13]Cheng K， Pan G， Smith P，et al. Carbon footprint of China’s crop production—An estimation using agro-statistics data over 1993–2007 [J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2011， 142（3/4）： 231-237.
[14]崔爱华， 马宗国， 曹德强.不同用量氮磷钾配施对麦茬直播稻产量的影响[J]. 山东农业科学， 2013， 45（6）： 79-80.
[15]王效科， 李长生. 中国农业土壤N2O排放量估算 [J]. 环境科学学报， 2000， 20（4）： 483-488.
[16]West T O， Marland G. A synthesis of carbon sequestration， carbon emissions， and net carbon flux in agriculture： comparing tillage practices in the United States [J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2002， 91（1/3）： 217-232.
[17]Lal R. Carbon emission from farm operations [J]. Environment International， 2004， 30（7）： 981-990.
[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]闫伟强， 唐利娜， 朱国梁，等.不同灌水条件下氮钾互作对小麦产量的影响 [J]. 山东农业科学， 2013， 45（2）：90-91，94.
关键词：氮肥；净排放；成本；碳强度；碳效率
中图分类号：S147.3 文献标识号：A 文章编号：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
工业革命后，由于人类活动的增加和化石能源的使用，温室气体（Greenhouse Gas，GHG）排放上升，包括CO2、N2O和CH4等。农业活动排放占全球人为排放GHG的10%～12%，其中农业活动产生的N2O占全部排放的60%[1]，主要来自于氮肥的利用，且肥料的过量施用导致了土壤的酸化和水体的富营养化[2]，这些问题引起了人们对肥料合理利用的重大关注。
施用化肥能补偿土壤养分的流失，满足作物生长的需求，提高产量，保证全球的粮食生产[3，4]。作物的产量增加能导致更多有机物进入土壤，提高土壤有机碳的含量。但是化肥生产依赖化石能源，运输和分配消耗燃料，使用氮肥导致N2O的产生，这些过程都增加了GHG排放，因此化肥的使用需要正确的管理[1，5]。
2005年，我国开展了测土配方施肥项目，推广平衡施肥技术。目前农业部在前期成果的基础上，制定并发布了《小麦、玉米、水稻三大粮食作物的区域大配方与施肥建议（2013）》。本研究采用入户调查方法，对山东省现代农业示范区滕州和兖州进行施肥调查，根据农业部的施肥建议设定了2种推荐施肥情景，估算不同施肥情景对GHG净排放和经济成本的影响，并采用碳足迹的方法计算化肥碳效率。
1材料与方法
1.1调查区域和调查方法
滕州和兖州位于山东省南部， 处于暖温带半湿润地区南部，季风型大陆性气候，年均温13.6℃，四季冷热分明。年均降水量分别为733 mm和773.1 mm，集中在夏秋季，雨、热同季，全年无霜期210～240天。滕州市处于鲁中南山区的西南麓延伸地带，属于黄淮平原，兖州市处于泰沂蒙山前冲积平原。两地的土壤类型主要为褐土、潮土和砂姜黑土。
本研究采用的农田施肥数据来自入户问卷调查，调查时间为2011年10月。滕州和兖州随机选取3个乡镇，每个乡镇随机选取3个自然村进行入户调查，有效问卷总数32份，其中滕州15份，兖州17份。
1.2计算方法
1.2.1固碳速率由于磷肥和钾肥的固碳效应不明显[7，8]，而且主要是氮肥过量使用造成严重污染[2]，因此本研究只考虑肥料中纯氮肥产生的固碳效应。复合肥的氮磷钾配比不同，现状的配比采用15-15-15，推荐情景采用农业部施肥建议中的推荐配比。
2结果与分析
2.1肥料用量
小麦和玉米主要施用复合肥，农户为了节约时间，大多是一次性施肥，只有兖州少部分农户使用尿素追肥。滕州和兖州玉米的复合肥用量均高于小麦，滕州高8%，兖州高20%（表1）。情景1中，滕州的小麦和玉米复合肥用量分别减少50%和70%，都增加了尿素作追肥，兖州小麦和玉米复合肥用量分别减少37%和72%，小麦尿素用量增加1.87倍，玉米增加1.31倍。情景2中，小麦的肥料用量和情景1相同，两地玉米的复合肥用量与现状相比都大约减少了一半，同时不用尿素追肥。 2.2固碳和GHG净排放
本研究分析了两种因素导致的GHG排放：肥料生产排放和氮肥施用排放（图1）。现状和推荐情景中，肥料生产排放占总和的比例都大于80%。两种推荐情景中，在总排放减少的同时，肥
料生产排放的比例降低到81%，相应氮肥施用排放增加到19%。
兖州现状的固碳速率比滕州高14%，在两种推荐情景下，两地的固碳速率都增加了13%。无论现状还是情景，碳排放速率都高于固碳速率（图1），按照GHG净排放把不同情景排序：兖州现状>滕州现状>兖州情景2>兖州情景1>滕州情景2>滕州情景1。现状条件中两地的固碳只抵消11%的排放，两种情景条件下固碳抵消了17%的排放。
推荐用肥提高了化肥碳效率，滕州增加了40%左右，兖州增加了30%，这说明推荐用肥情景下，化肥利用效率提高。推荐施肥也导致农户的经济成本下降，玉米成本下降大于小麦，兖州的下降幅度大于滕州。由于产量不变，净收入提高，推荐用肥会极大的调动农户的生产热情。推荐配比也反映了不同地区、气候、土壤和作物对养分的不同需求[3，19]。
两种情景区别在于玉米的施肥情景不同，这些结果表明，玉米的两种推荐施肥方案中，基追结合的方案优于一次性施肥的方案。统计数据显示，山东省单位种植面积化肥施用量比我们的调查数据还要高，化肥利用率低间接导致的能源浪费现象则显得更为突出。采用推荐施肥特别是玉米采用基追结合方案，可使两地每年每公顷的净排放减少约300 kgCe，肥料成本减少2 700元，两地的碳效率增加超过30%。因此农业部建议的推荐用肥有利于减少GHG排放和增加农户收入，具有进一步推广应用的环境和经济价值。
参考文献：
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[9]Lu F， Wang X， Han B，et al. Soil carbon sequestrations by nitrogen fertilizer application， straw return and no-tillage in China’s cropland [J]. Global Change Biology， 2009， 15（2）： 281-305.
[10]孙善彬， 李俊， 陆佩玲， 等. 小麦植株在麦田CH4交换中的作用及光照的影响 [J]. 中国生态农业学报， 2009， 17（3）： 495-499.
[11]逯非， 王效科， 韩冰， 等. 中国农田施用化学氮肥的固碳潜力及其有效性评价 [J]. 应用生态学报， 2008，19（10）： 2239-2250.
[12]徐小明. 吉林西部水田土壤碳库时空模拟及水稻生产的碳足迹研究 [D].长春：吉林大学，2011.
[13]Cheng K， Pan G， Smith P，et al. Carbon footprint of China’s crop production—An estimation using agro-statistics data over 1993–2007 [J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2011， 142（3/4）： 231-237.
[14]崔爱华， 马宗国， 曹德强.不同用量氮磷钾配施对麦茬直播稻产量的影响[J]. 山东农业科学， 2013， 45（6）： 79-80.
[15]王效科， 李长生. 中国农业土壤N2O排放量估算 [J]. 环境科学学报， 2000， 20（4）： 483-488.
[16]West T O， Marland G. A synthesis of carbon sequestration， carbon emissions， and net carbon flux in agriculture： comparing tillage practices in the United States [J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2002， 91（1/3）： 217-232.
[17]Lal R. Carbon emission from farm operations [J]. Environment International， 2004， 30（7）： 981-990.
[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.
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