基于典型缓/控释氮肥施用的农田N2O减排研究

The increasing atmospheric concentrations of GHGs such as carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O) is a serious global environmental issue. China, as one of the large GHGs emission countries, will be confronted with great mitigation pressure in future. Nitrous oxide (N2O), as one of the important trace gases, primarily origins from nitrogen fertilizer applied to agricultural soils. Slow/controlled-release N fertilizers (SCRFs), the new modified N fertilizers, have become a priority topic in the Chinese middle- and long-term science and technology development plan guidelines. In order to study the effect of different SCRFs on direct N2O emissions and indirect emissions (ammonia volatilization and nitrate leaching/runoff) and some key driving factors under the condition of different fertilization level and different soils , field in situ observation experiments will be conducted in this study. Then based on the above experimental results, the environmental economy loss and economic benefit of different SCRFs will be estimated by means of environmental economics, and hence the technical and economical feasibility of mitigation of N2O for slow/controlled - release N fertilizers will be assessed. The implement of this project will be helpful for comprehensive understanding that N2O reduction effect of slow- and controlled-release N fertilizers and the feasibility for SCRFs to be verall popularized . The results will provide scientific foundation and technical support for GHGs mitigation policy of our country in future.

大气中温室气体浓度不断升高是当今全球性环境问题。中国作为温室气体排放大国，将面临巨大减排压力。N2O作为重要的温室气体之一，主要源自农业氮肥的施用。而缓/控释氮肥，作为新型改性氮肥，已被列为我国中长期科技发展规划纲要优先发展主题之一。本项目拟采用大田试验方法定量研究不同类型的典型缓/控释氮肥在不同施肥水平和不同土壤类型条件下对旱地-作物系统N2O的直接和间接排放（氨挥发和硝酸盐淋洗/径流损失）的影响及其相关环境驱动因素，并在此基础上借助环境经济学的方法估算施用不同类型缓/控释氮肥的环境经济损失和经济效益，进而在区域水平上评价不同类型缓/控释氮肥对总N2O减排的技术和经济可行性。本项目的实施将有助于全面理解缓/控释氮肥对N2O的减排效果及未来全面推广应用的可行性，为将来我国农田温室气体减排政策提供科学依据和技术支持。

本项目田间试验主要系统地研究了不同肥料处理包括不施肥，常规施肥，缓控释N肥（硫磺包膜尿素，脲铵，脲甲醛，稳定性肥料）和环保型有机肥在氮水平常量，和减量同时与不同品种肥料配施条件下在玉米，水稻和小麦生长季上使用后的不同途径活性氮（N2O排放，NH3挥发，NO3--N渗漏和地表径流）损失情况及相关因子变化。另室内实验还模拟研究了不同土地利用方式下的土壤对内源和外源氮转化为N2O的响应。同时通过文献调研，收集了中国不同土壤类型下的三大作物水稻、小麦和玉米的四种途径活性氮损失因子以及气象数据，建立相关经验模型，估算了中国2000-2012年间水稻、小麦和玉米的年均N2O、NH3、氮渗漏和径流损失量，并在此基础上计算了新型氮肥替代常规氮肥的区域减排潜力。.结果表明不同作物不同肥料处理的不同途径活性氮损失不同。土壤理化特性、水热条件和肥料本身的N素释放特性决定了不同氮肥活性氮损失的差异。除脲铵氮肥外，缓控释氮肥和环保型有机肥在三大粮食作物上应用均能减少NH3挥发，在N2O排放，NO3-地表径流调控上表现不一，但对NO3--N渗漏均没有任何减排效果，甚至有增加的趋势。说明新型肥料的研发应侧重于如何减少NH3挥发。所有肥料处理在三大作物上皆表现为显著减少活性氮损失强度（NLI）的为环保型有机肥，适宜推广。减氮及不同肥料配施尤其是减氮增钾、减氮追施脲铵、减氮配方施肥、减氮有机无机配施四种肥料处理可维持作物产量，同时显著降低温室气体排放强度（GHGI），适宜作为农业重要施肥管理措施进行大力推广应用。.不同土地利用方式下的土壤生化特征不同。土壤内源氮转化为N2O排放时主要取决于土壤细菌数量和铵态氮含量，而土壤外源氮仅取决于前者。无论是否添加外源氮，土壤呼吸皆主要取决于土壤细菌数量和pH值。.根据本项目田间试验结果结合经验模型，估算区域减排潜力，若采用减氮配施新型肥料措施，可减少总N2O排放（直接+间接）68.37 Gg，对应减少环境经济损失117亿元。