本發(fā)明屬于生物農(nóng)業(yè)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種氮肥減施及棗棉間作對碳氮足跡影響的評價(jià)方法。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳(co2)、氧化亞氮(n2o)和甲烷(ch4)作為目前主要的三大溫室氣體，與人類活動和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密相關(guān)，對溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)分別為60％、15％和5％。干旱半干旱區(qū)是近百年溫度增加最明顯的地區(qū)。中國作為全球最大的農(nóng)業(yè)發(fā)展國之一，同時(shí)也作為農(nóng)業(yè)大國，如何在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)降低農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放，是目前農(nóng)業(yè)生態(tài)效率提升的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

2、新疆地處歐亞大陸腹地，擁有豐富的自然資源條件及農(nóng)林牧土地面積，為作物生長提供了條件。氮肥對提高作物生產(chǎn)效率具有不可替代的作用。近年來，棉農(nóng)為了調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分下降的問題，以維持較高的植棉產(chǎn)量，大量地施用氮肥等化肥，而帶來高產(chǎn)的同時(shí)將以巨大的環(huán)境成本作為代價(jià)。如何在保證產(chǎn)量的前提下，增加棉田肥料利用率，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，成為棉花生產(chǎn)中亟待解決的問題。研究表明，施氮是引起土壤n2o排放增加的主要原因，由于不合理施用氮肥，造成了土壤中富余的氮素不能被作物全部吸收利用，并以活性氮的形式釋放到空氣中，所以合理施氮是減少n2o產(chǎn)生和排放的最直接因素。盡管減少氮肥施用可以減少溫室氣體排放，但它同時(shí)會威脅糧食安全。因此，需采取可持續(xù)的農(nóng)藝措施來補(bǔ)償因氮素減少而可能造成的作物生產(chǎn)損失。新疆棉花連作為主要的耕作方式，但長期連作會導(dǎo)致棉花枯黃萎病等土傳病害的發(fā)生，導(dǎo)致養(yǎng)分失衡等農(nóng)田生態(tài)問題等。因此采用多樣化的作物輪作有助于土壤碳固存，可利用不同茬口作物對氮肥的時(shí)空利用和需求差異來降低氮肥投入和碳排放，改善了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)資源高效利用。間作在我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中占有重要地位，因其顯著的資源節(jié)約和穩(wěn)產(chǎn)潛力而備受推崇。也可以作為西北地區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的雙贏策略，是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)和溫室氣體減排的雙重目標(biāo)的重要途徑。如果沒有相應(yīng)的減排措施未來排放量仍可能大幅度上升，環(huán)境將會繼續(xù)惡化，嚴(yán)重制約了我國的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為此，有研究學(xué)者提出了“足跡”的概念，目的是準(zhǔn)確地衡量溫室氣體排放。足跡將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的對環(huán)境負(fù)面影響，量化為可評價(jià)的，碳氮足跡可全面系統(tǒng)地量算農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫室氣體排放及活性氮排放的總量，可了解溫室氣體排放的機(jī)理，為溫室氣體減排提供一定的理論指導(dǎo)。

3、在這樣環(huán)境污染嚴(yán)重，自然資源短缺的背景下，亟需找到提高作物生產(chǎn)力同時(shí)減少農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)擔(dān)的方法。近年來，研究在農(nóng)果復(fù)合系統(tǒng)中通過作物輪作方式改變對碳氮足跡的影響較少，明確不同種植模式碳氮足跡對優(yōu)化種植管理方式，充分發(fā)掘農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減排潛力有積極意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種氮肥減施及棗棉間作對碳氮足跡影響的評價(jià)方法，其特征在于，包括：

3、基于兩因素裂區(qū)實(shí)驗(yàn)，將種植模式設(shè)為主區(qū)，氮肥梯度設(shè)為副區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

4、在種植模式、氮肥梯度兩因素裂區(qū)試驗(yàn)?zāi)Ｊ较拢啻螌ΨN植區(qū)進(jìn)行氣體采集測定、碳氮足跡量算；

5、利用生命周期評價(jià)方法評價(jià)氮肥施減及棗棉間作對碳氮足跡的影響。

6、優(yōu)選的是，所述主區(qū)為兩種種植模式：c-棗園連年間作棉花、r-棗園種植苜蓿后輪作棉花；所述副區(qū)為4個(gè)氮肥梯度：n0-0kg/hm2、n1-140kg/hm2、n2-280kg/hm2、n3-420kg/hm2，劃分為cn0、cn1、cn2、cn3、rn0、rn1、rn2、rn3共8個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域三次重復(fù)，共24個(gè)區(qū)域，各區(qū)域占地面積42m2，為了保障土壤肥力均一，試驗(yàn)區(qū)選擇鄰近棗園，其中氮肥為含n量≥46.0％的尿素，各處理單灌單收，互不影響。

7、優(yōu)選的是，所述氣體采集測定采用由長×寬×高為30cm×15cm×10cm的長方形不銹鋼底框和可移動頂蓋箱組成的靜態(tài)箱采集氣體，頂蓋裝有溫度計(jì)，采集氣體樣品時(shí)，頂蓋扣于底座的凹槽上，并且于取樣時(shí)在凹槽中灌水，構(gòu)成密閉的取樣空間，箱體內(nèi)無雜草和作物，使用經(jīng)過嚴(yán)格編號的100ml醫(yī)用針管，通過三通進(jìn)行氣體樣品采集，每個(gè)靜態(tài)箱10cm范圍內(nèi)配置一組地溫計(jì)，采樣頻率為10d，施肥灌水后加密采集1d、3d的樣品，采樣時(shí)間為11：00～13：00之間，在30min內(nèi)采集4個(gè)氣體樣品，使用針管轉(zhuǎn)移到300ml鋁箔氣體收集袋，在取樣時(shí)，讀取箱體上的溫度計(jì)以及地溫計(jì)溫度。

8、優(yōu)選的是，所述氣體采集測定的指標(biāo)包括溫室氣體碳排放通量、溫室氣體累計(jì)排放量、全球增溫潛勢、土壤呼吸碳釋放總量、棉花溫室氣體排放強(qiáng)度。

9、優(yōu)選的是，所述碳氮足跡量算應(yīng)用生命周期評價(jià)方法對的碳足跡、氮足跡進(jìn)行估算，邊界為棉花從播種到收獲整個(gè)生育期內(nèi)，所排放的溫室氣體和活性氮排放總量，向前延伸至氮肥生產(chǎn)，包括兩個(gè)環(huán)節(jié)，上游環(huán)節(jié)和中間種植環(huán)節(jié)。

10、優(yōu)選的是，所述碳氮足跡量算的指標(biāo)包括碳足跡量算、氮足跡量算。

11、優(yōu)選的是，所述溫室氣體排放碳通量f計(jì)算公式如下：

12、

13、式中，f是溫室氣體排放通量，單位是mg/m2/h；ρ是被測氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度，單位是kg/m3；t是采樣過程中密閉箱內(nèi)的平均溫度，單位是℃；h是采樣箱的高度，dc/dt是采樣過程中密閉箱內(nèi)溫室氣體濃度變化率，273為氣態(tài)方程常數(shù)；

14、所述溫室氣體累積排放量ce計(jì)算公式為：

15、

16、式中，ce為溫室氣體累積排放量，單位是mg/m2；n為累積排放觀測時(shí)間內(nèi)的測定總數(shù)；i表示第i次采樣；f為溫室氣體的排放通量，單位是mg/m2/h；ti+1-ti表示兩次相鄰測定日期的間隔天數(shù)，單位是d；

17、所述全球增溫潛勢gwp計(jì)算公式為：

18、

19、式中，gwp為全球增溫潛勢，單位是kgco2/hm2，是衡量農(nóng)田凈溫室效應(yīng)的指標(biāo)，在100a尺度上，單位質(zhì)量ch4和n2o的增溫潛勢分別為co2的26和256倍，fch4、fn2o、fco2分別代表整個(gè)測期間ch4、n2o、co2的累積排放量，單位是mg/m2；

20、所述土壤呼吸碳釋放總量cec計(jì)算公式為：

21、cec＝ce×0.27×10

22、式中：cec為土壤呼吸碳釋放總量，單位是kg/hm2，ce為同一時(shí)段的土壤co2累積排放量，單位是g/m2，0.27為c占co2分子量的比例，10為g/m2轉(zhuǎn)化為kg/hm2；

23、所述棉花溫室氣體排放強(qiáng)度計(jì)算公式為：

24、

25、式中，cei單位為棉花溫室氣體排放強(qiáng)度，單位是kg/kg；y為籽棉產(chǎn)量，單位是kg/hm2。

26、優(yōu)選的是，所述碳足跡量算的計(jì)算公式為：

27、cectotal＝ceindirect+cedirect

28、cedirect＝cen2o×298+ceco2

29、

30、式中，cectotal為整個(gè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，單位是kgco2-eq/hm2；y為產(chǎn)量，單位是kg/hm2；cedirect為n2o、co2、的直接排放造成的碳排放量；298表示n2o的100年增溫潛勢對co2的倍數(shù)，用于轉(zhuǎn)化為二氧化碳當(dāng)量；ceindirect為整個(gè)生產(chǎn)過程中農(nóng)資投入造成的間接溫室氣體排放量，單位是kgco2-eq/kg，n表示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程消耗了n種能源；cfi表示第i種能源或農(nóng)資的碳足跡；efi為消耗第i種能源或農(nóng)資的量；aii為第i種能源或農(nóng)資的碳排放參數(shù)；

31、

32、式中，cfy為單位產(chǎn)量碳足跡，單位是kgco2-eq/kg；cfa為單位面積碳足跡，單位是kgco2-eq/hm2；y為籽棉產(chǎn)量，單位是kg/hm2，a為播種面積，單位是hm2。

33、優(yōu)選的是，所述氮足跡量算的計(jì)算公式為：

34、

35、式中，centotal為整個(gè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的活性氮排放總量，單位是kgneq/hm2；efj表示某種農(nóng)資的消耗量，單位是kg；aij表示某種農(nóng)資的活性氮排放參數(shù)，en2o選用氮肥引起的直接n2o測定值，nh3揮發(fā)、no3-和nh4+淋失產(chǎn)生的氮足跡值計(jì)算方法參考iso14044，通過相應(yīng)的農(nóng)田施氮量損失系數(shù)，將不同形態(tài)的活性氮轉(zhuǎn)化為富營養(yǎng)化潛勢進(jìn)行估算，計(jì)算公式為：

36、evnh3＝n×ε×17/14×0.833×1000

37、nlno3-＝n×σ×62/14×0.238×1000

38、nlnh4+＝n×γ×18/14×0.786×1000

39、nfy＝nf/y

40、nfa＝nf/a

41、式中，n為氮肥施用量，單位是kg/hm2；ε是nh3揮發(fā)氮損失系數(shù)；σ為no3-淋溶系數(shù)；γ為nh4+淋溶系數(shù)，17/14、62/14和18/14分別為nh3與nh3-n分子量之比、no3-與no3-n分子量之比、nh4+和nh4+-n分子量之比；0.833、0.238和0.786分別為nh3、no3-和nh4+的富營養(yǎng)化系數(shù)，1000為單位換算系數(shù)。

42、優(yōu)選的是，所述評價(jià)選用excel2021來整理原始數(shù)據(jù)并繪制表格，在dps9.01對數(shù)據(jù)進(jìn)行兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行方差分析，并采用duncans新復(fù)極差法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，origin2021作圖，使用quantumgis3.8.3繪制區(qū)位圖，結(jié)構(gòu)方程模型在amos22.0中完成。

43、本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明通過靜態(tài)箱法監(jiān)測氮肥減施及作棗棉間作對間作系統(tǒng)溫室氣體排放的影響利用生命周期評價(jià)方法(lca)，量算間作系統(tǒng)內(nèi)氮肥減施及作物輪作對碳氮足跡的影響；探索在保證或增加作物產(chǎn)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)固碳減排的最佳施氮量及種植模式；為制定科學(xué)的管理措施，促進(jìn)間作系統(tǒng)良性生態(tài)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)林果、棉花產(chǎn)業(yè)和諧及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

44、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。