多种田间作物精准氮肥施用的环境生命周期评估

《Precision Agriculture》：Environmental life cycle assessment of precision nitrogen fertilization in multiple field crops

　　氮肥变量率施用（VRNF）的可持续性研究：通过对比传统均匀施肥（URN）和两种VRNF方法（Kings Approach和Robin Hood），发现VRNF在比利时气候下更环保且增产，但环境效益受作物类型和土壤肥力指数（FFI）影响显著，需基于FFI制定精准氮肥管理策略。

　　

摘要

目的

变量施肥氮（VRNF）被视为解决作物氮管理环境问题的可持续方法；然而，其环境影响尚未得到充分研究。本研究评估了两种VRNF方法与传统均匀施肥氮（URN）方法的环境影响。

方法

使用在线可见光至近红外光谱系统测量了比利时和西班牙两个地点的土壤肥力，并从Sentinel-2图像中获取作物植被指数，以生成管理区（MZ）地图。在多种作物中实施了两种基于Kings方法（KA）和Robin Hood方法（RH）的VRNF方案。KA方法分别向高肥力和低肥力管理区分配多出或减少50%的氮肥剂量，而RH方法则采取相反策略。研究采用了IMPACT 2002 + vQ2.3 LCIA方法，在从摇篮到大门的边界系统内进行分析，功能单位为农场门口的1公斤新鲜收获物。评估了作物产量以及二氧化碳排放、资源消耗、水资源抽取、人类健康和生态系统质量等方面的环境影响。

结果

总体而言，VRNF提高了作物产量并减少了环境足迹。VRNF-KA在产量和环境友好性方面优于VRNF-RH和URN。VRNF的优势非常有限，并且因作物类型、田间肥力指数（FFI）、氮肥决策方法和气候区域而异。特别是在大麦种植中，VRNF的环保效益更高[比利时为0.26公斤二氧化碳当量/公斤，西班牙为0.45公斤二氧化碳当量/公斤]，而油菜和小麦的环保效益分别为约0.87公斤二氧化碳当量/公斤和约0.90公斤二氧化碳当量/公斤。在比利时气候条件下，VRNF的表现比在西班牙条件下更可持续。

结论

显然，VRNF在农艺上优于URN；然而，当前的生命周期评估（LCA）无法明确确定KA方法或RH方法是否能带来预期的环境效益。此外，田间肥力指数（FFI）似乎是选择氮肥决策方法的关键因素。因此，采用基于FFI的方法来推荐氮肥剂量对于实现VRNF的预期可持续性目标至关重要。