Field Crop Res | 控释氮肥替代速效氮肥可提高作物产量和氮吸收，同时降低环境风险：全球整合分析

昵称37581541 2023-12-29 发布于江苏

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期刊：Field Crop Ressearch 1区TOP/IF=5.8

本文亮点

控释氮肥使作物产量、利润和环境效益提高了3.6% - 49.1%；

CRN的效果因作物而异，但总体上表现出相似的趋势；

CRN的效果受环境因素和CRN管理的调控；

结合农业实践可以最大限度地提高作物生产力和环境效益。

控释氮肥(CRN)被认为是通过提供更好的作物氮需求同步来提高作物总氮吸收(TUN)和作物产量的有效工具，但其对作物生产力、温室气体(GHG)排放和氮素损失的影响在不同的农业生态系统中是不同的。本研究通过综合240项已发表研究的8874项观察结果进行了整合分析，以水稻、玉米、小麦、大豆和油菜为重点，研究了CRN替代速效氮肥对作物产量、氮肥、利润、温室气体排放和氮素损失的影响。本研究旨在:(1)确定CRN对作物生产力、温室气体排放和氮损失的影响及其对作物类型的响应;(2)量化CRN诱导作物生产力、温室气体排放和氮损失的植物和土壤性状的变化;(3)阐明CRN的效果受环境因素、管理实践和CRN特异性变量在作物类型中的影响程度。本研究还评估了协同CRN与其他作物管理实践对作物生产力、经济效益和环境效益的相互影响。

试验设计

本研究检索了2023年9月之前Scopus (https://www.)、Web of Science (https://www.)和知网(https://epub.cnki.net)的同行评议研究。搜索词“控制/缓释氮或CRN”和“水稻、玉米、小麦、油菜、大豆或作物”产生了3908项研究。采用以下标准对数据库进行标准化:(1)仅纳入现场实验;(2)重复数;(3)具有RAN(对照组)和CRN(治疗组)下反应变量的配对数据;(4)每份出版物收集的响应变量必须来自相同的时空尺度。根据PRISMA指南(图S1) (Haddaway et al.， 2022)共提取了240项同行评议的研究，并使用PRISMA 2020检查表(PRISMA-2020-Checklist)对本研究的整体质量进行了自我评估。根据Sistani et al.(2011)和Sistani et al.(2014)的方法收集了同一实验下的一些响应变量，因此只保留了一组。来自同一出版物的多个观察结果被认为是独立的配对数据，因为这些观察结果受到不同的处理、条件或年份(数据库)。

主要结果

用CRN替代RAN（速效氮）的总体效果

图1 CRN对作物生产、氮素吸收利用、温室气体排放和氮素损失的效应大小。HI，收获指数;WP:水分生产力;TUN:总吸氮量;NHI，氮素收获指数;REN:氮肥回收效率;PEN，氮肥生理效率;AEN:氮肥农学利用效率;PFP:氮肥偏生产力;GHG，温室气体; GWP,全球变暖潜力;GHGI，温室气体强度。

环境因子和氮肥管理下CRN对作物生产力影响中的中介作用

图2 调控CRN对作物生产、氮素吸收和利用、温室气体排放和氮素损失影响的预测因子的相对重要性。MGT，生长期平均温度;MGP，生长期平均降水量;TOC:总有机碳;TN:总氮;AP:有效磷;AK，速效钾;BD，体积密度。

图3 不同基本模型预测因子对不同作物类型产量的影响。(A, D) lnR产量和N率之间的关系(A)和CRN比率(D)。(B, E)产量的影响大小在不同的N率(B)和CRN比率(E)。(C、F)收益率的平均值不同的N率(C)和CRN比(F),拟合回归及其95%置信区间(CIs,阴影)在(A, D)。

调节CRN对环境效益影响的环境因子和氮肥管理

图4 不同模式预测因子对温室气体排放的影响。(A)不同土壤质地下CO2排放的效应大小。(B-E) CH4 (B)和N2O排放(C)的lnRs、GWP (D)和GHGI (E)与模式预测因子的关系。(A)中的误差条表示95%的ci，如果误差条不与零重叠，则认为效应量显著。拟合回归及其95% ci(阴影)显示在(B-E)中。全球变暖潜势;GHGI:温室气体强度;MGP，生长期平均降水量;TOC，总有机碳。

图5 不同模型预测因子对氮损失的影响。(A-F) NH3挥发率(A)与N淋溶(B)、N径流(C、D)和N损失率(E、F)的关系及模型预测因子。(G-I)不同模型预测因子下氮径流量(G)和氮损失率(H, I)的效应大小。拟合回归及其95% ci(阴影)显示在(A-F)中。(G-I)中的误差条表示95%的ci，如果误差条不与零重叠，则认为效应量显著。MGT，生长期平均温度;TN，总N。

作物生产力、环境效益和植物或土壤性状响应之间的联系

图6 产量和温室气体排放响应与土壤性状响应的关系。(A, B)产量的LnR和TOC的LnR (A)和AN的LnR (B). (C, D) N2O的LnR和TN的LnR (C)和NH4+的LnR (D). (E, F) GHGI的LnR和NH4+的LnR (E)和NO3−的LnR (F)。给出了拟合回归及其95% ci(阴影)。TOC:总有机碳;TN，总氮。

CRN与管理实践的相互作用改变了作物生产力和环境效益的响应

结论

本研究评估了不同作物类型、管理实践和环境条件下，CRN替代RAN对作物生产力和环境效益的影响。总体而言，CRN可以提高作物产量、氮肥和利润，同时减少温室气体排放和氮素损失，但因作物类型而异。CRN对作物产量的影响受施氮量和CRN与RAN之比的调节。由于不同作物对氮素的响应不同，因此获得更高产量和利润的最佳施氮量和CRN比率在不同作物类型之间是不同的。缓控释肥施用时玉米和水稻采用中等寿命(90 ~ 120 d)或小麦为高寿命(＞120d）。土壤TOC、MGP和CRN比等环境因子影响温室气体排放对CRN的响应。降低或提高水稻的TOC含量和MGP，降低玉米的CRN比，均可促进CRN下的温室气体减排。土壤湿度、土壤pH、氮素比、氮素施用区域和氮素包衣材料是调控氮素损失响应的主要因素。CRN与覆盖和高效灌溉等其他作物管理做法的协同作用是提高作物，特别是谷物作物的作物生产力和环境效益的有效策略。