在玉米种植区减少氨（NH3）排放的策略的减缓潜力和社会效益

《European Journal of Agronomy》：Mitigation potential and social benefits of NH 3 emission reduction strategies in maize croplands

在华北平原Quzhou县进行五年田间试验，评估了六种减少玉米田氨排放的农艺措施（优化尿素用量、有机肥替代、钙 ammonium nitrate、缓释尿素、尿素酶抑制剂和深施尿素）。结果表明，缓释尿素（CRU-SB）、尿素酶抑制剂（UI-SB）和深施尿素（OU-DP）效果最佳，使氨排放减少52%-74%，同时保持或提高产量和氮利用效率（NUE），并产生显著社会经济收益（4.9-5.7万美刀）。研究强调了优化氮管理对减少氨排放和实现环境与经济效益协同的重要性，为当地农户和制定者提供了实用指导。 华北平原|玉米|氨减排|农艺措施|缓释尿素|尿素酶抑制剂|深施技术|氮利用效率|社会经济收益|环境效益

　　在农业生产和环境管理领域，氨（NH?）排放是影响大气质量和生态系统健康的重要因素。特别是，在中国华北平原（NCP）等集约化农业区域，玉米田的氨排放被认为是反应性氮（N）损失的关键来源之一。这些排放不仅对空气质量造成影响，还可能加剧土壤酸化、水体富营养化以及对人类健康的潜在威胁。因此，如何在不影响作物产量的前提下有效减少氨排放，成为农业可持续发展的重要议题。

为了系统评估不同氨减排措施的农业和经济社会效益，研究团队在NCP的衢州县开展了一项为期五年的田间试验，涉及六种代表性减排措施，包括减少氮肥施用量（OU-SB）、用有机肥替代尿素（OR-SB）、施用硝酸钙（CAN-SB）、缓释尿素（CRU-SB）、脲酶抑制剂尿素（UI-SB）以及深施尿素（OU-DP）。此外，还纳入了传统农民施用尿素（CU-SB）和无氮肥对照（CK）作为参考。研究结果表明，与传统施用尿素相比，这五种减排措施能够显著降低氨排放，减少幅度达到47%至74%，同时维持或提升籽粒氮含量、植物氮吸收、产量和氮利用效率。其中，CRU-SB、UI-SB和CAN-SB表现尤为突出，它们不仅实现了最低的累计氨排放量（16.8–20.1 kg NH?-N ha?1）和单位产量的氨排放量（1.7–1.9 g NH?-N kg?1），还带来了最高的减排潜力和经济效益。这些措施的综合实施可使衢州地区的氨氮减少501–1431吨，并产生215万至566万美元的社会效益，同时还能提高生产效益（除了OU-SB）。

研究的实施地点位于衢州试验站，地处河北省，其土壤类型为典型的华北平原土壤——腐殖质-冲积土，具有较高的钙质含量和粘质结构。实验期间，气候条件包括年均温13.4°C、年降水量792毫米和无霜期212天，这些因素对氨排放的动态变化有显著影响。所有氮肥均在三叶期一次性施用，而磷肥和钾肥则作为基肥施用，并在种植前通过耕作将其混入土壤中。实验中使用的玉米品种为“登海605”，种植密度为每公顷75,000株，灌溉和除草防虫管理均按照当地农民的做法进行。

在测量方面，研究采用了校准后的Dr?ger管法（DTM），这是一种原用于比较NH?通量测量的原位动态气室技术。该方法能够检测低浓度的NH?通量，并具有较高的敏感性，适用于多种肥料处理下的变量田间条件研究。测量时间通常在施氮肥后的10至14天内，直到施肥田的NH?浓度下降至对照田水平。测量频率根据NH?浓度和天气条件进行调整，最初每天四次，随后逐渐减少。在降雨后还会进行额外测量，但此时由于土壤中NH??浓度迅速硝化，排放通常低于检测限。

为了更全面地评估减排措施的效果，研究团队还采用了一种综合评估框架，对县域尺度的减排潜力和相关社会经济效益进行了分析。该框架包括人类健康效益（HH）、生态系统健康效益（EH）和温室气体减排效益（GHG）。具体而言，人类健康效益主要体现在减少因PM?.?浓度降低而避免的过早死亡，生态系统健康效益则关注土壤酸化和水体富营养化的减少，而温室气体效益则评估了减少N?O排放的经济价值。研究发现，NH?减排措施在衢州县的社会效益主要来自生态系统健康效益，占比高达54%至73%。相比之下，有机肥替代（OR-SB）虽然在减少氨排放方面表现良好，但由于有机肥的N?O排放量较高，其温室气体效益为负，导致整体社会效益略低于其他措施。

从田间试验结果来看，减少氮肥施用量（OU-SB）虽然降低了氮肥的使用量，但其对氨排放的减少幅度仅为30%左右，且由于产量的略微下降，其综合效益不如其他措施。相比之下，缓释尿素（CRU-SB）和脲酶抑制剂尿素（UI-SB）在降低氨排放的同时，还能提高作物产量，从而实现较高的经济效益。深施尿素（OU-DP）和硝酸钙（CAN-SB）同样表现出良好的减排效果，且其对土壤氮素的固定能力较强，有助于减少氮损失。值得注意的是，尽管这些措施在减少氨排放方面表现出色，但它们的实施仍需考虑土壤水分、气候条件以及农民的实际操作难度等因素。

在经济层面，减排措施的实施不仅有助于减少环境负担，还能带来显著的经济效益。以衢州县为例，如果将这些措施推广至所有玉米种植区域，预计可减少氨氮排放501至1431吨，并带来215万至566万美元的社会效益。其中，CRU-SB的综合效益最高，达到566万美元，其次是UI-SB和CAN-SB。这表明，在当前农业实践背景下，选择具有较高减排潜力和经济回报的措施对于推动可持续农业发展至关重要。

然而，尽管实验结果具有积极意义，研究团队也指出，目前的田间研究结果可能在更大范围的农场实施中面临挑战。例如，不同地区的土壤类型、气候条件和农民行为可能会影响减排措施的实际效果。因此，为了确保这些措施在更广泛范围内有效实施，需要进一步开展多点、多季节的实地验证工作，以全面评估其适应性和长期效果。此外，研究还提到，其他可能有效的措施，如提高种植密度、采用垄作、覆盖作物和轮作等，也值得进一步探索和评估。

总的来说，这项研究为农业氮管理提供了重要的科学依据，不仅有助于减少氨排放，还能在保障粮食安全的同时，提升农民收入和改善生态环境。未来的研究应关注如何在不同土壤和气候条件下优化这些措施，以实现更广泛的适用性和更高的减排效率。此外，政策制定者和农业管理者需要在实施这些措施时，充分考虑农民的经济承受能力和实际操作的可行性，从而推动可持续农业的发展。