论文推荐｜山西省小麦种植体系活性氮排放及碳足迹对化肥施用的响应

摘要：简介：李慧，女，山西晋中人，博士，从事土壤碳氮减排研究。*通信作者，博士，从事农业资源与环境降本增效技术研究。

作者：李慧，代新俊

单位：忻州师范学院生物系

简介：李慧，女，山西晋中人，博士，从事土壤碳氮减排研究。*通信作者，博士，从事农业资源与环境降本增效技术研究。

基金项目：山西省基础研究计划资助项目(202103021223370；202403021222331)；山西省高等学校科技创新项目(2024L328)；忻州师范学院1331工程院级研究项目（2021KY13）。

来源：《安徽农业科学》2025年15期

引文格式：李慧,代新俊.山西省小麦种植体系活性氮排放及碳足迹对化肥施用的响应[J].安徽农业科学,2025,53(15):45-48.

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长期以来，化肥通过显著提高小麦产量，为我国的粮食安全发挥着不可替代的作用。但同时也造成大量活性氮流失到生态环境中，造成氮肥利用率长期偏低，土壤质量下降及环境负荷增加。此外，空气污染物会间接影响人类健康。因此，评估化肥投入对环境的负面影响，能够为提高氮肥利用率，降低化肥污染及缓解气候变化提供新视角。

当前，生命周期评价法（life cycle assessment，LCA）是足迹研究中进行环境评价的重要工具。以小麦为例，在作物播种、生长及收获各环节中，小麦会直接或间接产生碳排放和活性氮排放，对小麦生命周期环境冲突的定量化评价至关重要。国内外学者对足迹研究越来越朝着精确定量化方向演变。近年来，化肥在提高小麦产量的同时，也产生水体富营养化、氨挥发、土壤质量下降等生态环境问题。因此，降低化肥对生态环境的负面影响是政府和农民持续关切的问题，当务之急是要系统了解长期以来化肥对小麦种植体系活性氮排放及碳足迹影响的动态变化。

目的

定量化评估小麦生产中施用化肥对环境造成的影响，为区域小麦施肥策略制订及农业可持续发展理论研究提供参考。

方法

以山西省小麦种植体系为研究对象，采用生命周期评价法对2011—2021年小麦种植产生的碳氮排放量进行计算。

结果

◆小麦播种面积与产量情况

从图1可见，2011—2021年山西省小麦播种面积整体呈逐步降低趋势，播种面积从2011年的710.10km2降低到2021年的536.80km2，降幅为24.41%。其中，在2017年山西小麦播种面积有明显下降，播种面积由2016年的672.9km22，降幅为16.70%，这表明在2017年山西小麦种植结构发生了显著调整。与之相反的是，尽管小麦播种面积逐年下降，但山西小麦单产呈上升趋势，2011—2021年由3384.03kg/km22，增幅为33.99%。

图1 2011—2021年山西小麦播种面积与产量情况

◆小麦施肥特点

由图2可知，2011—2021年山西小麦生产中化肥投入量由349.35kg/hm22，增幅为18.55%。从肥料类型来看，氮肥和磷肥投入量均呈降低趋势，氮肥投入量由168.00kg/hm2降低到93.90kg/hm2，降幅为44.11%。磷肥投入量由62.7kg/hm2降低到1.2kg/hm2，降幅为98.09%。而复混肥施用量上升明显，投入量由118.65kg/km2增加到319.05kg/hm2，增幅为168.90%。可见，氮、磷、钾元素不断通过复合肥形式施入土壤。钾肥施用量波动较小，在大多数年份钾是以复混肥形式施入土壤。数据分析表明，小麦单产与化肥用量呈极显著正相关（P

图2 2011—2021年山西小麦化肥投入情况

◆小麦氮肥偏生产力

在农业生产中，氮肥偏生产力是氮肥利用率的一种表示方式。从图3可知，2011—2021年山西省小麦氮肥偏生产力整体呈上升趋势，2013年氮肥偏生产力最小为15.92kg/kg，说明小麦对氮素的利用不充分。2021年氮肥偏生产力最大，达22.64kg/kg，氮肥偏生产力的增加有利于减少活性氮的排放，降低生态环境压力。

图3 2011—2021年山西省小麦氮肥偏生产力

◆小麦体系中化肥产生的碳足迹

从图4可见，2011—2021年山西省每生产1t小麦由于化肥投入产生的碳足迹整体呈下降趋势。其中，2021年碳排放量最低，为577.05kg/t，与碳排放量最高的2013年808.03kg/t相比，降幅为28.59%。其中，化肥生产中产生的碳排放量高于化肥施用。从单位面积来看，2011—2021年山西省小麦化肥投入对环境产生的碳排放量呈波动状态，从2017年开始，对环境产生的碳排放量逐渐降低，这是由于施用的化肥总量从2017年开始降低。

图4 2011—2021年山西省每生产1t小麦产生的碳足迹和单位面积化肥投入对环境产生的碳足迹

◆小麦体系中化肥产生的活性氮排放量

由图5可知，山西省小麦体系中单位面积化肥施用产生的活性氮排放量总体呈先增后减的趋势，在2016年最高，达到63.28kg/hm2。在活性氮排放总量中，表现为NH3排放量>NO323排放是主要的活性氮排放方式。2011—2021年每年造成NH3挥发49.36~57.30kg/hm2。经计算，山西省近11年小麦生产体系造成的活性氮排放中平均值为NH3挥发53.34kg/hm2-N淋溶4.33kg/hm22O排放0.40kg/hm2。