科研进展
亮文解读 | 传统和替代生物能源种植系统促进生物质生产力的农业环境评估
发布时间:2022-07-08
发布人:石靓
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可持续作物与牧草系统
Sustainable Crop and Pasture Systems
专 辑 文 章 介 绍
· 第九篇 ·
▎论文ID
传统和替代生物能源种植系统促进生物质生产力的农业环境评估
通讯作者:Léa KERVROËDAN
作者单位:法国尤尼拉萨尔理工学院。
Cite this article :
· 文 章 亮 点 ·
1. 对粮食、饲料和沼气作物系统进行综合评估,通过四年期试验量化了它们的农业和环境服务。
2. 沼气作物体系和粮食作物体系的还田生物质量相近,但沼气作物体系收获的生物质量更多。
3. 粮食和沼气作物体系比饲料作物体系生物质生产力更高,但CO2排放更多。
4. 各种与生物质生产有关的CO2排放比沼气作物系统中的CO2排放低26%。
· Graphical abstract ·
· 文 章 摘 要 ·
为了发展生物质经济,设计新型种植系统需要评估在常规轮作中引入生物能源作物的影响。在混合奶牛农场的常规种植系统中可以引入生物能源作物,一种方式是在保留主要饲料和粮食作物的同时增加覆盖作物来增加生物质产量,另一种方式是用在轮作中替代粮食作物增加轮作周期年限。有关它们的农业环境效益的评估结果表明:
(1)沼气种植系统的所有指标均高于常规种植系统和饲料种植系统,包括生物质生产力、氮素再利用、产甲烷潜力和温室气体排放。
(2)免耕对所有指标均没有负面影响。
(3)在农业环境效益方面,沼气种植系统具有更大的潜力。
(4)进行综合农业环境、经济和社会绩效的多标准评估是恰当的。
· 研 究 内 容 ·
▎引言
通过评估具有更高生物质生产力的种植系统对环境和农业服务的影响,可知其在系统尺度上的可持续性。此外,通过对比耕作与否对系统功能的潜在影响,阐明了耕作制度在生物质生产力、氮元素再利用、产甲烷潜力、温室气体排放等方面的效应。
▎材料和方法
图1 研究区域试验设计,设置常规作物体系(Conv)、饲料作物体系(Feed)和沼气作物体系(Biom)以及耕作和免耕处理
1、常规作物体系(Conv),由6个阶段组成。代表了法国北部奶牛养殖系统的常规轮作系统(食物和饲料作物混合系统)。在轮作期间,肥料、泥浆和覆盖作物的残茬作为肥料施入土壤。轮作中将第一批软质小麦的秸秆运出,但将后茬的软质小麦作物的秸秆粉碎后还田。
2、饲料作物体系(Feed),是一种促进粮食和饲料生产的过渡性系统,包括可收获用于饲料或沼气生产的覆盖作物。这一系统的施肥采用液态沼液和沼气生产残留物对土壤进行改良。根据耕作方式的不同,在轮作中用作覆盖作物的品种略有变化,以确保两种耕作方式都持续有植物覆盖。
3、沼气作物体系(Biom),是一个高生物质生产力的系统,收获的生物质用于饲料和沼气生产,在其作物轮作中包括7个阶段(图2)。轮作期间,在土壤中加入液态沼液,为作物提供养分。
图2 各作物体系试验的详细作物轮作
▎研究结果
1、生物质生产力
耕作措施不会影响任何一种种植制度的生物质产量。但是总生物质、还田的生物质和收获的生物质受种植制度类型的影响。沼气作物体系的总生物质生产力高于其它两个系统(图3 A),而饲料中还田的生物质低于沼气作物体系和常规作物体系(图3 B),收获的生物质方面,饲料作物体系和沼气作物体系均高于常规作物体系。
图3 全轮作(4年)耕作/免耕条件下各作物体系地上总生物质生产力差异(A)、还田的生物质(B)和收获的生物质(C)
2、氮元素再利用
图4 在一个完整的作物轮作(4年)内,各作物体系对生物质中收获的氮量的差异(A);还田的氮量(B);还田的氮量(来自作物残茬)与收获的氮量之间的关系(C)
表1 各作物体系在耕作/免耕条件下,冬初和冬末土壤氮残留量
3、产甲烷潜力
不同种植制度间产甲烷潜力差异显著,沼气作物体系产甲烷潜力最高,比常规作物体系和饲料作物体系分别高出3倍和2倍。沼气作物体系更高的产甲烷潜力与其较高的生物质生产力相对应。
4、温室气体排放
图5 全轮作(4年)内各种植系统温室气体排放总量(A)和每吨干生物质产生的温室气体排放量(B)
5、农业-环境评估
图6 各作物体系的农业-环境评估(包括生物质生产力、氮元素再利用、产甲烷潜力、温室气体排放)
▎总结