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华北平原小麦-玉米种植系统的碳足迹降低:通过适应性耕作并施用微生物肥料
论文：Loweringcarbonfootprintofwheat-maizecroppingsysteminNorthChinaPlain:Throughmicrobialfertilizerapplicationwithadaptivetillage
通讯作者：JingLi（中国科学院地理科学与自然资源研究所生态系统网络观测与建模重点实验室，北京，）、ZhuOuyang（中国科学院大学，北京，）
期刊：JournalofCleanerProduction
影响因子：9.(年）
文章亮点:
通过微生物肥料替代化学肥料，并改变耕作方式，减少碳足迹。
旋耕下微生物分解优化作物产量、温室气体排放和固碳量。
施用化学肥料的小麦-玉米种植在碳足迹中占很大比例。
旋耕，较深松来说，增加了小麦-玉米系统的生态系统服务功能。
摘要Abstract优化农业生态系统的肥料和耕作管理可以成为减少温室气体(GHG)排放、提高固碳能力的有效策略。利用冬小麦播种开始、夏玉米收获结束的系统边界，在山东省(华北)进行田间试验，测定微生物施肥和耕作对碳足迹(CF)的影响。在小麦-玉米种植系统中评估了基于气候的生态系统服务。同时确定了碳足迹 、气候生态系统服务功能 、作物产量 的 微生物施肥和耕作方式。结果表明，与微生物有机施肥相比，微生物分解剂的使用增加了土壤有机碳(SOC)固存量(.1-.9千克CO2-eq/hayr)，降低了碳足迹(0.11-0.12千克CO2-eq/kg每粒)。化学施肥对碳足迹总量的影响 (27.5-56.7%)，但随化学施肥的减少而降低。旋耕且配施微生物肥料(.9~.6美元/hayr)的气候基础生态系统服务功能明显高于化学施肥。在小麦-玉米种植的有限系统边界内，旋耕条件下使用微生物分解剂MA(30L/ha)具有 的粮食产量、温室气体减排量，并对气候生态系统服务功能显著增强。
01研究背景
农业生产对温室气体排放的贡献率估计为20%。中国仅有世界10%的耕地和21%的灌溉面积，从这些耕地中养活了世界20%的人口。这就需要过量使用化肥，从而导致温室气体的高排放。年中国农业活动温室气体排放量估计为0.94GtCO2-eqyr，占全国温室气体排放总量的17-32%。因此，需要有效的农场管理，以增加土壤碳和氮储量，减少温室气体排放，并加强基于气候的生态系统服务。
02研究结果为了避免碳足迹计算中出现较大偏差，在本研究设定冬小麦和夏玉米整个生长期的系统边界时，包括以下排放源：1)农业生产投入的温室气体排放(生产、储存、运输和应用)；2)整个试验期间CH4和N2O排放；3)耕作、收获和灌溉过程中消耗的能量，如下图1所示
图1华北平原研究区冬玉米种植系统碳足迹系统边界
不同处理下的直接温室气体排放如下图2所示。试验期内CO2排放量以DJS（深松配施70%化肥加微生物菌剂MA）处理 (.0kg/hayr)。TF（旋耕，每公顷施肥kg）处理(9.6kg/hayr)的CH4排放量在所有处理中 ，比所有其他处理高9.2-50.7%。N2O排放量以MOF（旋耕，配施70%化肥加微生物有机肥ETS）
图2小麦和玉米生长期在不同处理条件下的直接温室气体排放
如下图3所示TF处理的CF和总温室气体排放分别为0.32kgCO2-eq/kg每粒和.2kgCO2-eq/ha，是各项处理中 的。MOF处理的CF和总温室气体排放显著高于JS（旋耕，配施70%化肥加微生物菌剂MA）处理。
图3华北平原中不同处理下的粮食产量、温室气体总排放量和碳足迹
系统内气候变化减缓的生态系统服务价值如下表3所示。生物量中的碳固存量、CO2净固存量、碳净固存量和Vc均随微生物肥料的施用而提高，与TF处理相比差异显著。深松处理(DJS和DMOF)的CO2净固存量、碳净固存量和Vc均显著低于JS和MOF处理。与JS和MOF处理相比，在DJS和DMOF处理下Vc分别下降了31.5%和20.0%。同时，旋耕配施微生物肥对温室气体排放的正向影响高于深松配施微生物肥。
表3华北平原小麦-玉米种植系统中气候调控生态系统服务价值
03结论利用一个从冬小麦播种开始到夏玉米收获结束的系统边界，分析了不同微生物肥料和耕作管理下NCP地区小麦玉米种植系统缓解气候变化的碳足迹和生态系统服务。在小麦-玉米种植体系中，施用微生物肥料限制了直接温室气体排放和碳足迹的排放。与配施微生物有机肥相比，施用微生物分解剂可同时增加土壤有机碳储量和降低碳足迹。在小麦-玉米种植体系中，化肥对总碳足迹的贡献 (27.5%-56.7%)，随着微生物有机肥替代化肥数量的增加减少。微生物肥料和旋耕所带来的气候生态系统服务价值(.9=.6US＄/hayr)显著高于单一化肥。研究表明，在小麦-玉米种植有限的系统边界内，旋耕微生物分解剂MA(30L/ha)可以维持高产、减少温室气体排放，并基于生态系统服务调节气候的条件。
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