作物生产一氧化二氮排放
氮肥的年度全球消费预计将超过1亿吨
2007 - 2008(赛和Prud’homme, 2007),而在1965年只有2000万吨,在2006年大约70%的发展中国家的应用(IFA, 2009)。雷竞技手机版app2006 - 2006/07小麦和玉米在生长季节都贡献了全球17.3%的用法,大米以15.8%紧随其后。小麦、玉米和大米消费全球50%的氮肥生产(赛,2009)。然而,只有一半的N肥,应用在任何给定的字段是恢复作物或土壤(Matson et al ., 1997)。其余N”可以有多种形式,与各种影响生态系统和公共卫生,才最终脱氮(无机N形式N2)的转换。的一个形式的N是输给了氛围是一氧化二氮,这是与N受精农业密切相关。
大多数一氧化二氮产生作为一个中间产品从土壤微生物的硝化和反硝化作用。土壤的潜力一氧化二氮的排放当N用于微生物的数量增加转换是通过N施肥,提高种植豆类,将肥料和作物残茬,矿化土壤生物量和其他形式的土壤有机物质。然而,大量排放取决于土壤特性之间的相互作用,气候因素和农业实践(Granli伯克曼,1994)。大多数研究表明,土壤条件,比如水孔隙空间温度和可溶性C可用性对一氧化二氮排放量占主导地位的影响。肥料源和作物管理因素可能影响一氧化二氮的排放,但由于与土壤条件的相互作用,很难得出一般结论(施耐德et al ., 2007)。NO3-N能够积累在土壤N时前作物吸收或当N率超过作物需求和作物响应的点(Legg Meisinger, 1982)。这积累硝酸盐和铵根离子,特别是当这发生在很少或没有作物争夺N吸收,往往有利于一氧化二氮的生产。因此,管理实践,避免或减少无机N的积累,主要是当没有吸收竞争作物,可能导致较低的一氧化二氮的排放。在本节中,我们将讨论其中的一些做法。Granli和伯克曼(1994)和最近斯奈德et al .(2007)审查管理实践可以帮助减轻一氧化二氮的排放。我们使用这些评论作为本节我们的基础和补充他们与其他文学作品。
N率、时间、来源和位置
空间变异性的研究,研究人员发现,最佳氮肥率差别很大从字段,字段(Cerrato Blackmer, 1991;施密特和兰德尔,1994;邦迪Andraski, 1995)。什么可能是最重要的关于N需求在禾谷类作物生产需求字段,字段和急剧的变化。的所有信息应传达到任何地区的农民是这个时间和空间依赖性的影响最佳氮肥率(Raun et al ., 2009)。
目前的证据表明,与其说一氧化二氮排放的直接函数的N。相反,一氧化二氮的排放似乎更密切相关N率超过了作物吸氮能力随着时间的推移(Matson et al ., 1998;IFA /粮农组织,2001;斯奈德et al ., 2007)。然而,似乎有一些例外的观察。Zebarth et al。(2008) N应用程序或超过作物N要求;然而,氮肥管理实践,降低利率或分割测试应用程序没有减少一氧化二氮的排放。本研究提供的证据表明,N降息和分离应用程序可能不会导致直接的一氧化二氮减排在某些条件下(施耐德et al ., 2007)。
当您试图确定最佳氮肥率,土壤测试程序NH4-N NO3-N很有价值,但他们都有它们的局限性。例如当在或接近种植他们无法弥补的后续影响环境,尤其是在冬季小麦生长周期通常价差超过240天。传感器在小麦和玉米N管理是一项新技术,它使用一个光学传感器,衡量的归一化植被指数(NDVI)小麦和玉米的树冠。使用这种营养指数与一个N丰富地带(well-fertilized部分字段)和作物算法,可用于建立最佳N受精率(Ortiz-Monasterio Raun, 2007;Raun et al ., 2009)。这种技术,旨在优化N率,减少施肥过多的风险。除了因为诊断适时完成,N是应用于作物的高需求,进而减少的概率生成一氧化二氮排放的有利条件。这项技术的潜在影响的一个例子来确定最佳N利率将“雅基河流域案例研究”部分中讨论这一章。
肥料的时机一氧化二氮排放的应用程序是一个至关重要的因素。在这两种小麦和玉米生产系统,播前应用程序已经记录是最低效的方法应用氮肥(马勒et al ., 1994;兰德尔et al ., 2003)。当NH4-based任何延长的时期化肥可以进行硝化或NO3-based肥料进行反硝化作用,没有来自植物吸收的竞争,可能会增加没有和一氧化二氮的排放(IFA /粮农组织,2001)。这Ortiz-Monasterio et al .(1996)所示的应用程序相比,谁250公斤N /公顷(典型的农民N率)在一个春小麦灌溉作物在雅基河河谷。两个不同的时间进行评估。一个代表农民的实践应用总数的75%利率播前种植前(20天),0%在种植和25%的时候第一次邮寄植物灌溉种植后(大约45天)。第二个练习不适用任何N播前,应用33% N的种植和67%的时候第一次邮寄植物灌溉。一氧化二氮的排放在不同时期如表9.4所示。使用相同的N率但应用大多数第一邮寄植物灌溉的时候,恰逢茎伸长的开始,是快速的时间由小麦N吸收,减少了一氧化二氮的排放
一半以上。这是密切与报告来自施耐德et al .(2007)发现,越接近可溶性N肥,如尿素,可以应用于作物氮素吸收的时间开始,潜在损失和一氧化二氮。此外,Hultgreen和爱(2003)在萨斯喀彻温省,加拿大,显示较低的一氧化二氮排放的春天比秋天N肥的应用程序。
位置而言,较低的一氧化二氮排放的观察与乐队位置附近的尿素(水下)种子行相比,表面应用程序(Hultgreen勒杜克氏,2003)。其他研究已经表明,浅的位置往往导致更少的一氧化二氮的排放而深位置(特鲁利et al ., 2006)。这可能与更高的损失下NH3浅N位置(施耐德et al ., 2007)。Granli和伯克曼(1994),在总结大量研究之后,得出的结论是,没有单一矿物肥料类型,一般给了比其他人更多的一氧化二氮排放,无水氨可能除外,这往往是伴随着更高的一氧化二氮排放通量。在后面的评论,斯奈德et al。(2007)援引Stehfest Bouwman(2006)后得出的结论是,平衡率的应用程序中,作物类型,raybet雷竞技最新气候、土壤土壤有机C、pH值和长度的实验中,不同肥料类型几乎消失。
缓释、控释或封装的肥料
斯奈德et al。(2007)在缓解文献之回顾,看着缓释和控释肥料,以及稳定的肥料,延迟最初的可用性或延长时间的持续可用性和控释肥料通过各种机制。他们发现许多文献中的结果表明,缓释肥料是有用的一氧化二氮排放量的减少施肥土壤。然而,有些情况下排放似乎更高的测量时更长。这一领域值得更多的研究。
硝化作用和脲酶抑制剂
脲酶抑制剂预防、一段时间,尿素酶法水解的,这取决于酶脲酶。硝化抑制剂的作用是阻止或控制转换NH4 NO2和随后的3号。这有助于保持N NH4更长,鼓励NH4被作物吸收,防止一氧化二氮的排放或硝化反硝化(施耐德et al ., 2007)。几种合成硝化抑制剂(Nitrapyrin™,以便™和氯唑灵™)可作为肥料添加剂(Slangen和
表9.4。综合一氧化二氮和通量三个时期:播前种植(11月行);种植首先邮寄植物灌溉(12月19日1月1日);和第一次邮寄植物灌溉(jan 21 2月20日)(从Ortiz-Monasterio et al ., 1996)。
Treatment3(一氧化二氮值不完全
时期括号是公斤N /公顷)N2O-N(公斤/公顷)没有N(公斤/公顷)N(公斤/公顷)
表9.4。综合一氧化二氮和通量三个时期:播前种植(11月行);种植首先邮寄植物灌溉(12月19日1月1日);和第一次邮寄植物灌溉(jan 21 2月20日)(从Ortiz-Monasterio et al ., 1996)。
Treatment3(一氧化二氮值不完全
时期括号是公斤N /公顷)N2O-N(公斤/公顷)没有N(公斤/公顷)N(公斤/公顷)
播前,种植 |
75-0-25 (187.5) |
2.52 |
5.40 |
7.92 |
0-33-67 (0) |
- - - - - - |
- - - - - - |
- - - - - - |
|
首先邮寄植物种植 |
75-0-25 (0) |
0.65 |
0.66 |
1.31 |
灌溉 |
0-33-67 (83.75) |
0.48 |
0.66 |
1.14 |
后第一次邮寄植物灌溉 |
75-0-25 (62.5) |
0.06 |
0.23 |
0.29 |
0-33-67 (l66.25) |
0.97 |
2.05 |
3.02 |
|
总 |
75-0-25 (250) |
3.23 |
6.29 |
9.52 |
0-33-67 (250) |
1.45 |
2.71 |
4.16 |
aFertilizer应用程序(总250 kgN /公顷):75-0-25,总数的75%利率播前,0%在种植和25%的时候首先邮寄植物灌溉;播种播前0-33-67,0%,33%,67%时第一次邮寄植物灌溉。
aFertilizer应用程序(总250 kgN /公顷):75-0-25,总数的75%利率播前,0%在种植和25%的时候首先邮寄植物灌溉;播种播前0-33-67,0%,33%,67%时第一次邮寄植物灌溉。
Kerkhoff, 1984)。然而,除了某些细分市场生产系统——美国东部玉米带和冬小麦在北美地区——这些化学硝化抑制剂很少有效的为其他生产系统(苏巴拉奥et al ., 2006)。由于严重的限制与它们的功能和成本效率有关,这些化学硝化抑制剂不是由农民广泛采用。具有成本效益的化学抑制剂,抑制硝化作用热带和温带迫切需要生产环境(Ortiz et al ., 2008)。
生物N抑制
抑制硝化作用的概念通过释放抑制化合物从植物根称为生物硝化抑制(研究会)(苏巴拉奥et al ., 2005年,2006年)。最近日本国际研究中心农业科学(JIRCAS)的研究人员合作与国际玉米和小麦改良中心(CIMMYT)发现了一个源高BNI能力Leymus race-mosus,小麦的野生亲戚(苏巴拉奥et al ., 2007)。Leymus染色体包含相关基因(s)被引入小麦、和生物硝化抑制剂也生产和生产力的增加。然而,进一步的研究需要描述和量化野生的BNI能力相对;当进一步证实,这可能为小麦遗传改良的BNI能力培养使用野生亲缘作为这种特质的来源(Ortiz et al ., 2008)。
平衡施肥
没有研究直接测量的影响平衡施肥在温室气体的排放。然而,有研究表明,P、K限制时,N施肥不能实现最优产量和土壤剖面硝酸盐水平上升,增加N损失的风险环境(施耐德et al ., 2007)。
耕作系统
没有明确回应,积极或消极,减缓温室气体排放的使用保护或免耕实践比传统耕作(强烈,反演耕作)。看来,在一些地区不耕作的好处是增加存储有机质,有机C和有机N更大程度上比任何潜在的一氧化二氮的排放增加,净GWP减少。在其他的研究中,GWP略有增加的结果从传统耕作制转向保护或免耕(施耐德et al ., 2007)。这是一个领域,需要进一步的研究。
雅基河河谷的案例研究
雅基河河谷位于西北海岸的大陆墨西哥索诺拉的状态。是受加利福尼亚湾西部和北部和东部的马德雷山脉西方山麓。硅谷拥有233000公顷的灌溉集约化管理的农业用地和有一些世界上春小麦产量最高的国家。雅基河河谷的家绿色革命小麦和第一个地区采用新的品种和技术开发的国际玉米和小麦改良中心,与墨西哥国家合作项目。雅基河河谷agroclimatically代表地区40%的小麦生产在发展中国家,如印度和巴基斯坦旁遮普和埃及的尼罗河流域。雅基河山谷的小麦产量趋势因此代表在墨西哥不仅进步的一个重要指标,但现在和未来增长的其他主要发展中国家小麦系统。raybet雷竞技最新在雅基河河谷气候研究表明大约减少10%的收益率在最低温度1°C增量(罗贝尔et al ., 2005)。在后续研究中,结果表明,最低温度的明显的历史重要性主要结果之间的共变温度和太阳辐射,而不是更大的最低温度与最高温度直接影响收益率(罗贝尔Ortiz-Monasterio, 2007)。
斯坦福大学之间的合作项目,国际玉米和小麦改良中心评估产量,土壤养分,气体通量和解决方案的损失N比较农民雅基河流域管理与另类的管理实践。农民的实践由187公斤N /公顷的应用尿素干燥土壤种植前1个月,紧随其后的是播前灌溉;一个额外的63公斤N /公顷的无水氨应用种植后约6周。替代实践增加了250公斤/公顷N,邮寄植物种植利润增幅仅为33%和67%。最好的选择对减少氮氧化物和碳排放应用180公斤N /公顷,6周postplant种植利润增幅仅为33%和67%。大减少和硝酸浸出一氧化二氮和氮氧化物的排放量与另类的管理实践是可能的。管理实践与N施肥与作物需求(即替代实践)减少氮氧化物和一氧化二氮排放量50%以上和硝酸浸出60%以上没有减少N施肥水平,并进一步削减是可能的“最佳”的选择,应用程序也较低利率(Matson et al ., 1998;莱利et al ., 2001)。没有替代N管理实践导致低收入的农民。了解流程负责微量气体损失在这些系统中,15 n-tracer研究进行了一氧化二氮通量在农业领域。 The results of this work suggested that denitrification plays a critical role in N2O and N2 losses in the period immediately following irrigation or in periods following rains, when soil-water-filled pore space reached over 80%. However, those data also showed that at lower levels of soil moisture, nitrification is the more important source of N2O as well as of NO. During the 4-week period of high emissions both processes contributed equally to total N2O losses (Panek et al., 2000). This emphasizes the fact that we should not only worry about the build-up of soil NO3 levels but also of NH4. 3
雅基河山谷,肥料是主要的小麦的生产成本;因此,提高肥料效率对预算的影响储蓄的农民被评估。对比农民实践的“最佳”替代匹配(N供应与需求和应用低利率)的减少总N示踪气体损失和损失,发现另一种导致储蓄相当于税后利润的12 - 17%的小麦种植谷(Matson et al ., 1998)。尽管明显双赢管理选择,减少N损失(包括一氧化二氮)的环境和提高农民收入,后来的调查表明,一些农民采用替代。为了更好地理解这个问题一个N-management决策模型被开发为一种小麦灌溉系统,包含土壤N和生长季节气候的诊断。raybet雷竞技最新该模型被用来量化这些预测的潜在价值对小麦产量,农民的利润和过量的氮肥。在农民的管理(即没有诊断)的不确定性土壤和气候raybet雷竞技最新条件被证明占N大约35%的平均控制应用程序。土壤诊断和气候预测都显示大幅增加利润,减少控制应用程raybet雷竞技最新序的N,以最小的产量的变化(罗贝尔et al ., 2004)。因此,也许最大的障碍采用“最佳”替代空间和时间变化的高度在肥料的需求。
解决空间问题的土壤N可变性在雅基河河谷国际玉米和小麦改良中心和俄克拉何马州立大学致力于新技术的开发和验证。这包括使用N-rich条一起GreenSeeker™传感器和农民的田地的作物算法通过特定场地与提高总的氮素效率的最终目标N在春小麦灌溉管理。在小麦周期2002/03和2003/04,13个验证实验建立了约1公顷每个农民的田地的雅基河山谷。在验证阶段之后,在小麦周期2005/06,八个技术转移试验建立了农民的田地;这些平均面积10公顷。验证和技术转移试验相比,农民的传统N-management使用与N-rich地带一起的使用
GreenSeeker™传感器和作物算法获得N建议为每个单独的字段。验证试验的结果表明,平均而言,在所有地点,农民能够节省69公斤N /公顷,没有任何产量减少。在每单位0.9美元的价格(N)在硅谷建立了这些实验的时候,这代表农民的储蓄62美元/公顷。先前的研究表明,显著减少一氧化二氮的排放也是发生(Matson et al ., 1998)。技术转移试验表明,大型商业领域的平均大小为10公顷,农民可以改善他们的农场收入50美元/公顷当使用传感器N管理。采用这种技术允许农民获得N显著节省使用,因此在农场的利润。农业收入增加了56美元/公顷,当所有试验多年平均(Ortiz-Monasterio Raun, 2007)。自2005/06作物周期技术转让工作继续类似的储蓄水平。考虑到传感器相对昂贵(4500美元)的技术转让工作已经基于农民工会。这些工会向农民提供贷款和获得更低的成本投入的雅基河山谷。 The technical departments of these unions have purchased the sensor and provide the N diagnostic service to member farmers. The development of a 'pocket' sensor is well advanced and the first prototypes will be available for testing in the Yaqui Valley for the crop cycle 2009/10. The estimated cost of this new sensor will be around US$100, which will change the dynamics of the transfer of this technology in the valley and in other areas around the world. Currently, there are experiments taking place in wheat-growing areas in India, Pakistan, China, Argentina, Turkey and Uzbekistan for the calibration and validation of this technology.
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