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针对种养一体规模化农场发展带来的有机肥养分损失和碳排放等问题,定量分析有机肥在农场养殖和作物种植过程中的氮磷损失的碳排放,探讨养分优化管理和利用及减少碳排放策略,对促进农场养分综合管理和有效利用具有重要科学和现实意义。
本研究以河北津龙循环农业农场为例,通过实地调查和情景分析等方法,定量分析农场尺度上有机肥在动物养殖和小麦-玉米、牧草、蔬菜种植过程中氮磷损失及碳排放,明确氮磷养分在各个环节的损失量及可能的利用潜力,提出降低氮磷损失和减少碳排放的优化管理措施,从而提高农场养分利用效率,降低碳排放。研究结果如下:
(1)种养一体规模化农场中,有机肥在养殖过程的损失为481.0t·a-1,占粪便总含氮量的43.7%,其中舍内收集环节和舍外贮存堆肥环节是氮损失的主要环节,分别占有机肥总氮损失的55.7%和35.8%;氮损失主要是通过NH3挥发的形式进行损失,占总氮损失的63%;磷损失占粪便总磷含量的12.6%,在圈舍收集和沼气发酵环节为损失的主要环节,圈舍损失占总磷损失的40.7%,沼气加工环节的磷损失占总磷损失的29.8%。
(2)种植小麦-玉米、牧草和蔬菜等作物过程中氮损失为651.3kg·hm-2·a-1,占总施入氮量的54.6%;其中主要以NH3挥发的形式损失,占总损失的36.6%,其次为反硝化损失,占总损失的25.1%,淋溶和径流也是损失的主要途径,分别占总损失的17.7%和17.7%;磷损失为24.4kg·hm-2·a-1,占总施入量的6.6%,主要以侵蚀的形式损失掉,占总损失的50.4%。
(3)养殖过程中有机肥产生温室气体总量(CO2当量)为1.66万t·a-1,其中CH4排放量(CO2当量)占总碳排放量的98%,N2O排放量(CO2当量)占总碳排放量的2%;种植过程中产生温室气体为2215.9(CO2当量)t·hm-2·a-1,占总碳排放的11.8%。
(4)情景分析表明,当养殖和种植过程都采用了减少损失的综合措施时,养殖过程氮损失比现状减少了28.3%,磷损失比现状减少5.0%;种植过程中的氮损失比现状减少34.2%,磷损失减少28.3%;生产1千克猪肉蛋白氮损失减少35.5%,磷损失减少23.1%;生产1千克牛肉蛋白氮损失减少18.3%,磷损失减少13.9%;生产1千克牛奶蛋白氮损失减少23.8%,磷损失减少23.9%;养殖和种植过程减少碳排放60.7%。
综上,当养殖和种植过程都采取了相应有效措施后,氮磷损失和碳排放明显降低,而且也降低了生产每千克产品蛋白带来的氮磷损失。
本研究以河北津龙循环农业农场为例,通过实地调查和情景分析等方法,定量分析农场尺度上有机肥在动物养殖和小麦-玉米、牧草、蔬菜种植过程中氮磷损失及碳排放,明确氮磷养分在各个环节的损失量及可能的利用潜力,提出降低氮磷损失和减少碳排放的优化管理措施,从而提高农场养分利用效率,降低碳排放。研究结果如下:
(1)种养一体规模化农场中,有机肥在养殖过程的损失为481.0t·a-1,占粪便总含氮量的43.7%,其中舍内收集环节和舍外贮存堆肥环节是氮损失的主要环节,分别占有机肥总氮损失的55.7%和35.8%;氮损失主要是通过NH3挥发的形式进行损失,占总氮损失的63%;磷损失占粪便总磷含量的12.6%,在圈舍收集和沼气发酵环节为损失的主要环节,圈舍损失占总磷损失的40.7%,沼气加工环节的磷损失占总磷损失的29.8%。
(2)种植小麦-玉米、牧草和蔬菜等作物过程中氮损失为651.3kg·hm-2·a-1,占总施入氮量的54.6%;其中主要以NH3挥发的形式损失,占总损失的36.6%,其次为反硝化损失,占总损失的25.1%,淋溶和径流也是损失的主要途径,分别占总损失的17.7%和17.7%;磷损失为24.4kg·hm-2·a-1,占总施入量的6.6%,主要以侵蚀的形式损失掉,占总损失的50.4%。
(3)养殖过程中有机肥产生温室气体总量(CO2当量)为1.66万t·a-1,其中CH4排放量(CO2当量)占总碳排放量的98%,N2O排放量(CO2当量)占总碳排放量的2%;种植过程中产生温室气体为2215.9(CO2当量)t·hm-2·a-1,占总碳排放的11.8%。
(4)情景分析表明,当养殖和种植过程都采用了减少损失的综合措施时,养殖过程氮损失比现状减少了28.3%,磷损失比现状减少5.0%;种植过程中的氮损失比现状减少34.2%,磷损失减少28.3%;生产1千克猪肉蛋白氮损失减少35.5%,磷损失减少23.1%;生产1千克牛肉蛋白氮损失减少18.3%,磷损失减少13.9%;生产1千克牛奶蛋白氮损失减少23.8%,磷损失减少23.9%;养殖和种植过程减少碳排放60.7%。
综上,当养殖和种植过程都采取了相应有效措施后,氮磷损失和碳排放明显降低,而且也降低了生产每千克产品蛋白带来的氮磷损失。