劉志銘,司 雨,姚凡云,鄭培峰,2,蘭天嬌,2,呂艷杰,2**,王永軍,2

(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所 長春 130033;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 長春 130118)

東北春播玉米()區(qū)是我國最大的玉米產(chǎn)區(qū),常年種植面積約1524 萬hm,總產(chǎn)量為1.05億t 左右,分別占全國玉米總播種面積的36.9%和總產(chǎn)量的40.1%。然而,由于傳統(tǒng)粗放栽培管理和不科學(xué)施肥等導(dǎo)致了諸多問題,造成玉米產(chǎn)量損失高達(dá)28.8%～57.7%。而優(yōu)化集成多項(xiàng)栽培措施,發(fā)揮其技術(shù)疊加效應(yīng)已成為當(dāng)前玉米生產(chǎn)的迫切需求。前人研究指出種植密度、養(yǎng)分管理、品種、防病(兼顧化控)及耕作方式是影響我國北方春玉米產(chǎn)量的5 項(xiàng)關(guān)鍵栽培措施,而種植密度對(duì)東北春玉米產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大,合理密植是提高玉米產(chǎn)量及資源效率的重要途徑。但隨種植密度增加,冠層透光性降低,光能利用率降低,植株高度增加,莖稈質(zhì)量變差,使得玉米發(fā)生倒伏的風(fēng)險(xiǎn)增加。而采用寬窄行種植可改善冠層光分布,提高光能利用效率,降低倒伏風(fēng)險(xiǎn);同時(shí),采取化控措施也可防止倒伏發(fā)生,降低株高和穗位高,改善“棒三葉”受光姿態(tài),提高光能利用效率和產(chǎn)量。理論上,通過密植增產(chǎn),玉米對(duì)氮素養(yǎng)分的需求會(huì)相應(yīng)增加,但密度增幅較小(7500株·hm)或?qū)嵤┑试鲂?有機(jī)無機(jī)肥配施或添加增效劑)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前玉米增產(chǎn)、減肥增效和碳減排的多目標(biāo)協(xié)同。此外,當(dāng)單項(xiàng)栽培措施實(shí)現(xiàn)玉米多目標(biāo)協(xié)同越來越困難時(shí),通過多項(xiàng)栽培措施優(yōu)化集成的栽培模式,對(duì)作物生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施綜合管理,已成為密度大幅度增加下增產(chǎn)增效碳減排的重要途徑之一。

隨農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化進(jìn)程加快,不同作物生產(chǎn)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)持續(xù)高產(chǎn)的同時(shí)給環(huán)境造成負(fù)面影響,例如玉米栽培過程中,由于不合理密植、大量施用化肥及頻繁土壤耕作擾動(dòng)等導(dǎo)致二氧化碳(CO)和氧化亞氮(NO)等溫室氣體排放加快了氣候變暖。前人研究指出,氮肥施用是引起溫室氣體排放增加的主要因素之一,氮肥大量施用不僅導(dǎo)致氮素利用率降低,而且增大面源污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。土壤環(huán)境條件改變也會(huì)導(dǎo)致溫室氣體排放發(fā)生變化,例如免耕比常規(guī)耕作在作物周期中排放的NO 顯著減少;塑料薄膜覆蓋下玉米產(chǎn)量比不覆蓋提高45%～95%,同時(shí)季節(jié)性NO 排放量也增加5%～10%,因?yàn)楦材ぴ鰷厥沟梦⑸矧?qū)動(dòng)的有機(jī)碳氮礦化速度加快,導(dǎo)致甲烷(CH)、CO和NO 等溫室氣體排放增加。此外,不同區(qū)域和不同種植體系下,玉米產(chǎn)量和碳足跡也差異較大。俞祥群等研究表明,在浙江省春玉米-晚稻()生產(chǎn)系統(tǒng)中,春玉米產(chǎn)量為5599～5859 kg·hm,碳足跡為0.47～0.66 kg(CO-eq)·kg;而李春喜等在河南省不同生態(tài)區(qū)小麥()-玉米體系中玉米產(chǎn)量為8539～12 397 kg·hm,碳足跡為0.16～0.29 kg(CO-eq)·kg;而玉米-大豆()間作系統(tǒng)NO 通量比單作顯著降低。

農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本要求需兼顧生產(chǎn)與生態(tài)的雙重功能,同時(shí)還需節(jié)本增效。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)對(duì)氣候變化的消極影響促使研究人員詳細(xì)研究其碳足跡、能源消耗和經(jīng)濟(jì)效益,在當(dāng)前全球氣候變化背景下,探索可持續(xù)、降低碳排放的玉米種植技術(shù)體系已成為當(dāng)務(wù)之急。碳足跡是由活動(dòng)或產(chǎn)品直接或間接排放的CO總量,以CO當(dāng)量衡量。碳排放包括直接排放和間接排放,直接排放是指農(nóng)田溫室氣體的排放,間接排放是指由柴油、種子、化肥、農(nóng)藥等生產(chǎn)資料所引起的碳排放。已有研究表明,不同土壤耕作方式下,玉米單位產(chǎn)量碳足跡與農(nóng)業(yè)投入品及其利用強(qiáng)度有關(guān),肥料、耕作燃油和種子是構(gòu)成玉米生命周期碳支出的重要因素。在玉米碳足跡研究中,氮肥貢獻(xiàn)率達(dá)27.5%～56.7%,而通過添加氮肥增效劑或施用緩控釋氮肥、有機(jī)無機(jī)肥配合施用均可大幅度減少溫室氣體排放。

目前,關(guān)于密植、化控以及寬窄行等單項(xiàng)栽培措施或兩種栽培措施互作,對(duì)玉米生長及產(chǎn)量的影響已有較多報(bào)道,顯然多項(xiàng)栽培措施集成綜合栽培模式更有利于獲得高產(chǎn),但對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境的影響尚存在諸多不確定性,綜合管理模式是否以較高的碳排放為代價(jià)也不明確。本研究選擇東北春玉米區(qū)的半濕潤區(qū),集成了寬窄行種植、90 000 株·hm高密度、15 葉期噴施化控劑及減氮增效等關(guān)鍵技術(shù)的綜合管理模式(IM),半干旱區(qū)額外增加了膜下滴灌措施,通過科學(xué)評(píng)價(jià)IM 模式下東北春玉米產(chǎn)量、溫光資源利用效率及碳足跡的特征,以期為該區(qū)域玉米高產(chǎn)、高效與低環(huán)境代價(jià)的生產(chǎn)模式建立與應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年和2020年在東北半濕潤區(qū)(公主嶺試驗(yàn)站)和半干旱區(qū)(乾安試驗(yàn)站)進(jìn)行。公主嶺試驗(yàn)站(43°51′N,124°81′E,海拔220 m)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均溫5.6 ℃,年光合有效輻射5391.8 MJ·m,無霜期平均144 d,年降水594.8 mm;供試土壤為典型黑土,耕層土壤有機(jī)質(zhì)27.5 g·kg、無機(jī)氮19.3 mg·kg、速效磷69.3 mg·kg、速效鉀183.6 mg·kg。乾安試驗(yàn)站(44°50′N,123°53′E,海拔146 m)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均溫4.6 ℃,年光合有效輻射5591.2 MJ·m,無霜期平均145 d,年降水420.6 mm;供試土壤為淡黑鈣土,耕層土壤有機(jī)質(zhì)17.39 g·kg、無機(jī)氮16.9 mg·kg、速效磷26.17 mg·kg、速效鉀123.28 mg·kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)分別設(shè)置農(nóng)戶模式(FM)和綜合管理模式(IM)兩種栽培模式,每種模式田間重復(fù)3 次,供試玉米品種為‘富民985’。IM 采用寬窄行(寬行90 cm,窄行40 cm)和高密度(90 000 株·hm)種植,在15 葉期噴施化控劑(化控劑由乙烯利、蕓苔素和萘乙酸鈉等復(fù)配而成,其中乙烯利為主要成分,噴施劑量為1.5 L·hm),氮肥減施(半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)分別減少28.0%和9.1%),其中半干旱區(qū)增加了膜下滴灌處理(苗期、拔節(jié)期、吐絲期和灌漿期進(jìn)行,灌溉量為1500 t·hm)。FM 采用均勻壟作和常規(guī)密度(60 000 株·hm)種植,不噴施化控劑,氮肥用量以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量為準(zhǔn)(半濕潤區(qū)250 kg·hm,半干旱區(qū)220 kg·hm);半濕潤區(qū)兩種栽培模式的磷肥(PO)和鉀肥(KO)用量分別為100 kg·hm和100 kg·hm,半干旱區(qū)兩種栽培模式的磷肥(PO)和鉀肥(KO)用量分別為82 kg·hm和105 kg·hm。

1.3 測定指標(biāo)與方法

在生理成熟期,每個(gè)小區(qū)選取中間4 行,10 m 行長進(jìn)行測產(chǎn),平行測定3 次;風(fēng)干后考種,測定穗粒數(shù)和百粒重;成本收益分析通過評(píng)估種植成本、總收入、經(jīng)濟(jì)利潤以及基于現(xiàn)行市場價(jià)格的收入與成本比率來進(jìn)行,不同生態(tài)類型區(qū)2 種栽培模式各項(xiàng)農(nóng)資的成本和玉米售賣價(jià)以當(dāng)年市場價(jià)為準(zhǔn)計(jì)算,其中2019年玉米價(jià)格為1.9 ￥·kg,2020年玉米價(jià)格為2.5 ￥·kg。

式中:為每克干物質(zhì)燃燒時(shí)釋放出的熱量(J),玉米干重?zé)嶂禐?.807×10J·g;是測定期間干物質(zhì)的增加量(kg)(即凈生產(chǎn)量);∑是同期總光照輻射量(MJ·hm)。

采用靜態(tài)箱法取樣,每個(gè)處理放置3 個(gè)靜態(tài)箱(長63 cm、寬16.5 cm、高30 cm 的不透明長方體箱),箱體由PVC 材料制成,箱體頂部用乳膠管連接三通閥通過注射器取氣,箱內(nèi)置溫度計(jì)和小風(fēng)扇,取樣前將箱體扣在倒好水的底座的凹槽上,密封箱體,且保證箱內(nèi)無作物和雜草,集氣箱底座安裝在2 株玉米間且兩邊各覆蓋半個(gè)行距,可均勻代表整行玉米田間的地面狀況。出苗后開始溫室氣體的采集,每10 d 一次,直至收獲。取樣時(shí),先打開小風(fēng)扇,使箱內(nèi)氣體混勻,然后打開集氣箱的開關(guān)閥,將三通旋轉(zhuǎn)到注射器和集氣箱連接的方向,用注射器抽放5 次,保證樣箱內(nèi)氣體混勻,然后再用注射器抽取25 mL 氣體注入真空血清瓶中,并記錄時(shí)間和溫度。

采用配有精陽流體GAS-300A 型氣體進(jìn)樣器的島津GC2010-plus 氣相色譜儀對(duì)氣體樣品進(jìn)行分析,氣相色譜儀分析柱為毛細(xì)柱,柱溫50 ℃,載氣為高純氮?dú)?用電子捕獲檢測器(ECD)測定NO,其工作溫度350 ℃,采用氫火焰(FID)檢測器測定CO和CH,其工作溫度200 ℃。ECD 尾吹氣為95%的氬氣和5%的甲烷混合氣,輔助氣為高純空氣和高純氫氣。NO 的測定范圍為0.03 μL·L以上,CH和CO檢測范圍為0.5 μL·L以上,進(jìn)樣重復(fù)性RSD≤2.0%。根據(jù)氣體濃度隨時(shí)間的變化速率計(jì)算氣體排放通量:

式中:為溫室氣體的排放通量(mg·m·h),為箱內(nèi)氣體的密度(g·cm),為采樣箱內(nèi)的有效空間體積(L),為被采樣箱覆蓋下的土壤面積(m),/為采樣箱內(nèi)溫室氣體濃度隨時(shí)間的變化率(μL·L·min),為測定期間取樣箱內(nèi)的平均溫度(℃)。

碳足跡是指某個(gè)產(chǎn)品在其生長周期或生產(chǎn)過程中造成的CO排放總量,包括直接排放和間接排放,直接排放是指農(nóng)田溫室氣體的排放,間接排放指的是由柴油以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料如種子、化肥、農(nóng)藥等所引起的碳排放。本研究只進(jìn)行一年的碳排放計(jì)算,土壤固存的碳忽略不記,只計(jì)算當(dāng)年溫室氣體排放量,碳足跡計(jì)算的邊界為從出苗開始到收獲結(jié)束,計(jì)算公式參照文獻(xiàn)[22,33]:

式中:CF為農(nóng)作物的碳足跡[kg(CO-eq)·kg];CE是玉米在整個(gè)生命周期的總CO排放量[kg(CO-eq)·hm];表示玉米產(chǎn)量(kg·hm);CE是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的間接溫室氣體排放總量,包括化肥、農(nóng)藥以及種子等產(chǎn)生的溫室氣體排放量[kg(CO-eq)·kg];CE和CE是指玉米生長期的土壤CH和NO 直接產(chǎn)生的累積排放通量[kg(CO-eq)·hm];為化肥、柴油、農(nóng)藥和種子等在玉米生產(chǎn)過程中的投入量;δ表示各項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的碳排放參數(shù),如表1所示。

表1 春玉米生產(chǎn)過程中生產(chǎn)資料的碳排放參數(shù)[33]Table 1 Carbon emission parameters of agricultural materials in spring maize production[33]

采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算,對(duì)不同區(qū)域2019年和2020年綜合管理模式下的玉米產(chǎn)量、溫光資源利用效率及2020年的碳足跡等指標(biāo)應(yīng)用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA),采用新復(fù)極差法進(jìn)行差異比較,運(yùn)用SigmaPlot 14.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式的春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成

玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素在各生態(tài)區(qū)不同模式間差異顯著(表2)。2019年和2020年,綜合管理模式(IM)收獲穗數(shù)較農(nóng)戶模式(FM)在半濕潤區(qū)分別增加50.7%和46.4%,在半干旱區(qū)分別增加50.2%和63.8%;但I(xiàn)M 的穗粒數(shù)和千粒重較FM 顯著降低,穗粒數(shù)在半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)兩年平均分別降低9.9%和8.0%,半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)千粒重兩年平均分別降低10.4%和11.5%;IM 的玉米產(chǎn)量較FM 兩年在半濕潤區(qū)分別增加14.9%和33.4%,在半干旱區(qū)分別提高25.6%和25.5%。

表2 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式的春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 2 Yield and its components of spring maize under different planting modes in different ecological areas

2.2 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式春玉米種植經(jīng)濟(jì)效益

半濕潤區(qū)2019年和2020年IM 總投入分別較FM 降低7.8%和7.3%(表3),其中化肥投入降低7.4%,機(jī)械作業(yè)投入降低16.8%;而IM 種子和農(nóng)藥投入分別較FM 增加12.6%和13.4%,使得半濕潤區(qū)2019年和2020年IM 的總收入分別較FM 增加14.9%和33.4%,產(chǎn)投比分別提高25.0%和41.7%。在半濕潤區(qū)IM 和FM 總投入構(gòu)成因素中,機(jī)械作業(yè)最大,分別占40.2%和44.6%,其次是化肥,分別占35.5%和35.6%,種子和農(nóng)藥相對(duì)較少。

表3 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式春玉米生產(chǎn)過程中要素投入與產(chǎn)出Table 3 Economic costs and revenue in spring maize under different planting modes in different ecological areas

與半濕潤區(qū)不同,半干旱區(qū)2019年和2020年IM 總投入分別較FM 增加25.4%和23.4%。其中,IM 化肥投入降低2.9%,而IM 種子、農(nóng)藥和機(jī)械作業(yè)投入分別增加13.5%、21.6%和12.9%。此外,半干旱區(qū)IM 與FM 相比,多16.6%的農(nóng)膜投入。在半濕潤區(qū)總投入構(gòu)成因素中,化肥最大(FM 42.3%,IM 32.1%),其次是機(jī)械作業(yè)(FM 33.0%,IM 29.1%)。

2.3 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式春玉米積溫生產(chǎn)效率和光能利用效率

積溫生產(chǎn)效率和光能利用效率在各生態(tài)區(qū)不同處理間差異顯著或極顯著(圖1)。2019年和2020年,半濕潤區(qū)IM 積溫生產(chǎn)效率分別較FM 增加11.3%和30.9%,光能利用效率分別增加11.8%和30.1%;半干旱區(qū)IM 與FM 相比,積溫生產(chǎn)效率分別提高22.7%和18.6%,光能利用效率分別增加22.1%和21.8%。

圖1 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式春玉米積溫生產(chǎn)效率和光能利用效率Fig.1 Accumulated temperature production efficiency and light energy utilization efficiency of spring maize under different planting modes in different ecological areas

2.4 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式玉米種植碳排放量與碳足跡

半濕潤區(qū)IM 碳排放總量較FM 降低18.7%,其中直接碳排放降低18.6%,間接碳排放降低18.8%;在構(gòu)成間接排放的因素中,氮肥所占的比例在兩種種植模式中均最大,在IM 和FM 的間接碳排放中分別占60.7%和68.4%(表4)。半干旱區(qū)IM 碳排放總量較FM 顯著增加8.9%,其中直接碳排放增加29.3%,但間接碳排放降低0.6%;在構(gòu)成間接排放的因素中,氮肥所占的比例在兩種種植模式中均最大(FM 68.4%,IM 72.1%)。此外,半干旱區(qū)IM 與FM 相比,增加了灌溉用電所產(chǎn)生的間接碳排放,其排放量占間接碳排放總量的4.9%(表4)。

表4 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式春玉米的碳排放量及其構(gòu)成因素Table 4 Carbon emissions and components of spring maize under different planting modes in different ecological areas kg·hm-2

半濕潤區(qū)IM 和FM 單位產(chǎn)量碳足跡分別為0.20 kg(CO-eq)·kg和0.33 kg(CO-eq)·kg,IM 較FM 顯著降低39.4%(圖2)。單位產(chǎn)量碳足跡在兩個(gè)生態(tài)區(qū)均表現(xiàn)為IM 顯著低于FM;半干旱區(qū)IM 和FM 單位產(chǎn)量碳足跡分別為0.22 kg(CO-eq)·kg和0.26 kg(CO-eq)·kg,IM 較FM 顯著降低15.4%(圖2)。

圖2 不同生態(tài)區(qū)不同種植模式春玉米的單位產(chǎn)量碳足跡Fig.2 Carbon footprint per unit yield of of spring maize under different planting modes in different ecological areas

3 討論與結(jié)論

采取多項(xiàng)栽培措施集成優(yōu)化的栽培模式,是實(shí)現(xiàn)玉米密植群體資源高效和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要途徑。前期研究結(jié)論已經(jīng)明確,寬窄行種植可以提高光能利用效率,密植能夠顯著增加玉米產(chǎn)量,而在15葉期噴施化控劑與傳統(tǒng)的噴施時(shí)期相比,有效加快籽粒灌漿速率。綜上,本研究集成了寬窄行(寬行90 cm,窄行40 cm)、高密度種植(90 000 株·hm)、化控(玉米15 葉展期)和減氮(半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)分別減少28.0%和9.1%)的綜合管理模式(IM),此外,半干旱區(qū)IM 根據(jù)氣候特點(diǎn)和當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣,在IM 的基礎(chǔ)上增加了膜下滴灌措施,開展不同栽培模式玉米產(chǎn)量、溫光資源效率及碳足跡等指標(biāo)的比較分析,科學(xué)評(píng)價(jià)了玉米綜合管理模式下的生產(chǎn)與生態(tài)功能。

半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)IM 玉米產(chǎn)量較農(nóng)戶模式(FM)提高23.4%～25.6%,產(chǎn)量增加的原因包括以下3 個(gè)方面:首先是種植密度增加50%,收獲穗數(shù)增加48.6%～56.7%,彌補(bǔ)了粒重降低的損失;其次是噴施化控劑改善了作物抗逆能力;再次是寬窄行種植增加冠層光合有效輻射截獲,顯著提高地上生物量積累,還通過調(diào)節(jié)根系構(gòu)型和生理功能提高抗倒伏能力,進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。本研究兩年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),半濕潤區(qū)IM 積溫生產(chǎn)效率和光能利用效率較FM均增加21%以上,半干旱區(qū)均增加20%以上;不計(jì)土地成本后,半濕潤區(qū)綜合管理模式的年凈收益平均達(dá)26 073 ￥·hm,半干旱區(qū)IM 的年凈收益平均達(dá)23 710 ￥·hm,凈收益值較高。此外,本研究中半濕潤區(qū)IM 的凈投入低于FM,而半干旱地區(qū)IM 凈投入高于FM(但其收益大幅度高于投入),表明IM 在兩大生態(tài)類型區(qū)均能夠?qū)崿F(xiàn)低投入高產(chǎn)出和高投入更高產(chǎn)出,能夠滿足未來東北春玉米生產(chǎn)發(fā)展的需求。

作物生產(chǎn)在追求高產(chǎn)量高收益的同時(shí),必須更加關(guān)注環(huán)境效益,如何能夠在保障糧食安全的同時(shí)減少碳排放,是農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)面臨的重大挑戰(zhàn)。在玉米生育期內(nèi),半濕潤區(qū)IM 碳排放總量、直接碳排放和間接碳排放均低于FM,主要是因?yàn)镮M 氮肥用量低于FM,可見,減氮增效是降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素之一。另外,寬窄行種植也可能會(huì)降低碳排放,但其作用機(jī)理仍有待深入研究。而半干旱區(qū)IM碳排放總量和直接碳排放均高于FM,但間接碳排放較FM 降低0.5%。IM 碳排放總量和直接碳排放的增加主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)綜合管理模式應(yīng)用了膜下滴灌技術(shù),而地膜覆蓋會(huì)通過改變根系呼吸與土壤微生物驅(qū)動(dòng)溫室氣體的排放增加,導(dǎo)致半干旱區(qū)IM排放量略高于FM。同時(shí),隨種植密度增加,總根系呼吸量也隨之增加,也會(huì)導(dǎo)致半干旱區(qū)IM 碳排放增加,但單位根系的溫室氣體排放則可能會(huì)降低。而IM 間接碳排放降低主要是因?yàn)榈视昧康慕档?所以今后玉米生產(chǎn)中減少氮肥用量仍是降低碳排放的重要途徑之一。對(duì)比半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)的碳排放構(gòu)成因素可以發(fā)現(xiàn),半濕潤區(qū)間接碳排放低于半干旱區(qū),但其直接碳排放和碳排放總量均高于半干旱區(qū),造成半干旱區(qū)間接碳排放過高是因?yàn)椴裼秃偷释度胂鄬?duì)較高,這值得今后進(jìn)一步優(yōu)化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低半干旱區(qū)的碳排放總量。

農(nóng)業(yè)不僅是溫室氣體排放的源,也是溫室氣體的匯,土壤和植被都具有碳匯功能。農(nóng)業(yè)碳足跡受農(nóng)作措施、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及土壤等因素的影響,同時(shí)各因素之間又存在彼此互作,因此不同種植模式或不同區(qū)域,決定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的碳足跡存在差異,即使是相同區(qū)域內(nèi)不同種植模式或者相同種植模式在不同區(qū)域也會(huì)存在較大差異。Dachraoui 等計(jì)算玉米的碳足跡為0.3～0.5 kg(CO-eq)·kg;Feng 等計(jì)算冬小麥()-夏玉米種植體系中單位產(chǎn)量碳足跡為0.21～0.46 kg(CO-eq)·kg。本研究中IM春玉米的碳足跡為0.20～0.22 kg(CO-eq)·kg,與前人研究相比處于較低水平,也顯著低于FM 的0.25～0.33 kg(CO-eq)·kg,這說明綜合管理模式有降低環(huán)境代價(jià)的優(yōu)勢。各生態(tài)區(qū)的FM 單位產(chǎn)量碳足跡均高于IM 的碳足跡,雖然半干旱區(qū)IM 碳排放量高于FM,但其通過大幅度提高玉米產(chǎn)量,從而降低單位產(chǎn)量碳足跡。

綜上,本研究采用寬窄行和高密度種植、在玉米15 葉展期噴施化控劑、氮肥減施的綜合管理模式(半干旱區(qū)增加膜下滴灌)等關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建的綜合管理模式,在東北半濕潤和半干旱區(qū)顯著提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)降低碳足跡,實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效與低環(huán)境代價(jià)多目標(biāo)的協(xié)同,該綜合管理模式可在東北春玉米生產(chǎn)中推薦應(yīng)用。