Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cây che phủ tháng Hai nâng cao tính bền vững của hệ thống sản xuất bông tại lưu vực sông Jaune
Tóm tắt
Hệ thống canh tác bông - đất màu vào mùa đông là hệ thống canh tác chính của bông tại lưu vực sông Jaune ở Trung Quốc, điều này không chỉ dẫn đến việc lãng phí đáng kể đất đai và tài nguyên thiên nhiên mà còn gây ra lượng phát thải khí nhà kính cao và mất đi nitơ phản ứng. Việc thay thế đất màu vào mùa đông trong sản xuất bông bằng cây che phủ tháng Hai là một hệ thống canh tác mới trong khu vực này, nhưng tính bền vững của nó vẫn chưa được biết đến. Do đó, một thí nghiệm thực địa đã được tiến hành với hai hệ thống canh tác (bông - đất màu vào mùa đông và bông - cây che phủ tháng Hai) dưới bốn mức ứng dụng nitơ (0, 112,5, 168,75 và 225 kg N ha−1). Các quan sát thực địa đã được đưa vào đánh giá vòng đời để ước tính dấu chân carbon, dấu chân nitơ, lợi ích kinh tế hệ sinh thái ròng và lợi ích kinh tế. Dấu chân carbon ước tính trên mỗi đơn vị diện tích gieo trồng đã giảm 43,6–76,1% trong hệ thống bông - cây che phủ tháng Hai so với hệ thống bông - đất màu vào mùa đông, chủ yếu do sự gia tăng carbon hữu cơ trong đất. Hệ thống bông - cây che phủ tháng Hai đã làm gia tăng dấu chân nitơ trên mỗi đơn vị diện tích gieo trồng từ 6,7–11,5% ở các mức ứng dụng khác nhau, chủ yếu là do sự gia tăng phát thải N2O. Mức ứng dụng nitơ đã ảnh hưởng đáng kể đến dấu chân carbon và nitơ. Sau khi tính đến sự thay đổi của dấu chân nitơ và carbon, hệ thống bông - cây che phủ tháng Hai với 168,75 kg N ha−1, đã tạo ra lợi ích kinh tế hệ sinh thái ròng và lợi ích kinh tế cao nhất, đã làm giảm 25,0% lượng phân nitơ được áp dụng và tăng 9,5% lợi ích kinh tế hệ sinh thái ròng so với hệ thống bông - đất màu vào mùa đông và mức ứng dụng phân nitơ (225,75 kg N ha−1). Vì vậy, việc áp dụng một chiến lược tích hợp kết hợp cây che phủ tháng Hai và giảm lượng phân nitơ được áp dụng góp phần cải thiện sản xuất bông xanh và bền vững tại lưu vực sông Jaune và các khu vực khác có điều kiện sinh thái tương tự.
Từ khóa
#sản xuất bông #bền vững #cây che phủ #đất màu vào mùa đông #lưu vực sông JauneTài liệu tham khảo
Bai JS, Cao WD, Xiong J, Zeng NH, Gao SJ, Shimizu K (2015) Integrated application of February orchid (Orychophragmus violaceus) as green manure with chemical fertilizer for improving grain yield and reducing nitrogen losses in spring maize system in northern China. J Integr Agr 14(12):2490–2499. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61212-6
Basche AD, Miguez FE, Kaspar TC, Castellano MJ (2014) Do cover crops increase or decrease nitrous oxide emissions? A Meta-Analysis J Soil Water Conserv 69:471–482. https://doi.org/10.2489/jswc.69.6.471
Blanco-Canqui H, Shaver TM, Lindquist JL, Shapiro CA, Elmore RW, Francis CA, Hergert GW (2015) Cover crops and ecosystem services: insights from studies in temperate soils. Agron. J. 117:2449–2474. https://doi.org/10.2134/agronj15.0086
British Standards Institute (2011) Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services. Publicly available specification-PAS 2050: 2011. British Standards Institute, London
Cai SY, Pittelkow CM, Zha X, Wang SQ (2018) Winter legume-rice rotations can reduce nitrogen pollution and carbon footprint while maintaining net ecosystem economic benefits. J Clean Prod 195:289–300. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.05.115
Cheng K, Pan GX, Smith P, Luo T, Li LQ, Zhang JW, Zhang XH, Han XJ, Yan M (2011) Carbon footprint of China’s crop production-an estimation using agro statistics data over 1993–2007. Agr Ecosyst Environ 142:231–237. https://doi.org/10.1016/j.agee.2011.05.012
Department of Rural Social Economical Survey, State Bureau of Statistics (2018) China rural statistical yearbook (ed. Zhang, W. M.) Ch. 3, 37. China Statistics Press, Beijing
Dong HZ, Li WJ, Christensen BT, Eneji AE, Zhang DM (2012) Nitrogen rate and plant density effects on yield and late-season leaf senescence of cotton raised on a saline field. Field Crop Res 126:137–144. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2011.10.00
Fosu M, Kühne RF, Vlek PG (2003) Recovery of cover-crop-N in the soil-plant system in the Guinea savannah zone of Ghana. Biolo Fert of Soils 39(2):117–122. https://doi.org/10.1007/s00374-003-0677-3
Gabriel JL, Quemada M (2011) Replacing bare fallow with cover crops in a maize cropping system: yield, N uptake and fertiliser fate. Europ J Agronomy 34:133–143. https://doi.org/10.1016/j.eja.2010.11.006
Galloway JN, Townsend AR, Erisman JW, Bekunda M, Cai Z, Freney JR, Mar-tinelli LA, Seitzinger SP, Sutton MA (2008) Transformation of the nitrogen cycle: recent trends, questions, and potential solutions. Science 320(5878):889–892. https://doi.org/10.1126/science.1136674
Gan YT, Liang C, Huang GB, Malhi SS, Brandt SA, Katepa-Mupondwa F (2012) Carbon footprint of canola and mustard is a function of the rate of N fertilizer. Int J Life Cycle Assess 17:58–68. https://doi.org/10.1007/s11367-011-0337-z
Guardia G, Aguilera E, Vallejo A, Sanz-Cobena A, Alonso-Ayuso M, Quemada M (2019) Effective climate change mitigation through cover cropping and integrated fertilization: a global warming potential assessment from a 10-year field experiment. J Clean Prod 2019(241):118307. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118307
Hoben JP, Gehl RJ, Millar N, Grace PR, Robertson GP (2011) Nonlinear nitrous oxide (N2O) response to nitrogen fertilizer in on-farm corn crops of the US Midwest. Glob Chang Biol 17:1140–1152. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2010.02349.x
IPCC (2014) Climate change 2014: mitigation of climate change. In: von Stechow C, Zwickel T, Minx JC (eds) Edenhofer O, Pichs-Madruga R, Sokona Y, Farahani E, Kadner S, Seyboth K, Adler A, Baum I, Brunner S, Eickemeier P, Kriemann B, Savolainen J, Scho¨mer S. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge and New York
ISO 14067 (2013) Greenhouse gases – carbon footprint of products – requirements and guidelines for quantification and communication. Switzerland, Geneva
Jantalia CP, Halvorson AD, Follett RF, Alves BJR, Polidoro JC, Urquiaga S (2012) Nitrogen source effects on ammonia volatilization as measured with semi-static chambers. Agron J 104:1595–1603. https://doi.org/10.2134/agronj2012.0210
Ju XT, Xing GX, Chen XP, Zhang SL, Zhang LJ, Liu XJ, Cui ZL, Yin B, Christie P, Zhu ZL, Zhang FS (2009) Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems. Proc Natl Acad Sci u s Am 106(9):3041–3046. https://doi.org/10.1073/pnas.0813417106
Leach AM, Galloway JN, Bleeker A, Erisman JW, Kohn R, Kitzes J (2012) A nitrogen footprint model to help consumers understand their role in nitrogen losses to the environment. Environ Dev 1(1):40–66. https://doi.org/10.1016/j.envdev.2011.12.005
Liu XJ, Zhang Y, Han WX, Tang A, Shen JL, Cui ZL, Vitousek P, Erisman JW, Goulding K, Christie P, Fangmeier A, Zhang FS (2014) Enhanced nitrogen deposition over China. Nature 494(7438):459–462. https://doi.org/10.1038/nature11917
Maharjan B, Venterea RT, Rosen C (2014) Fertilizer and irrigation management effects on nitrous oxide emissions and nitrate leaching. Agron J 106:703–714. https://doi.org/10.2134/agronj2013.0179
Mao SC (2013) Cultivation of cotton in China. Science and Technology Press, Shanghai
Marie M, Ramanantenasoa J, Génermont S, Gilliot JC, Bedos C, Makowski D (2019) Meta-modeling methods for estimating ammonia volatilization from nitrogen fertilizer and manure applications. J Environ Manage 236:195–205. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.01.066
Melaku Canu D, Ghermandi A, Nunes P, Lazzari P, Cossarini G, Solidoro C (2015) Estimating the value of carbon sequestration ecosystem services in the Mediterranean Sea: an ecological economics approach. Global Environ Change 32:87–95. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2015.02.008
Misselbrook TH, Sutton MA, Scholefield D (2004) A simple process-based model for estimating ammonia emissions from agricultural land after fertilizer applications. Soil Use Manag 20:365–372. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.2004.tb00385.x
Mitchell DC, Castellano MJ, Sawyer JE, Pantoja J (2013) Cover crop effects on nitrous oxide emissions: role of mineralizable carbon. Soil Sci Soc Am J 77:1765–1773. https://doi.org/10.2136/sssaj2013.02.0074
Muhammada I, Sainjub UM, Zhao FZ, Khanc A, Ghimired R, Fu X, Wang J (2019) Regulation of soil CO2 and N2O emissions by cover crops: a meta-analysis. Soil Til Res 192:103–112. https://doi.org/10.1016/j.still.2019.04.020
Pandey D, Agrawal M (2014) Carbon footprint estimation in the agriculture sector. In: Muthu SS (ed) Assessment of carbon footprint in different industrial sectors, vol 1. Springer, Singapore
Qin SP, Wang YY, Hu CS, Oenema O, Li XX, Zhang YM, Dong WX (2012) Yield-scaled N2O emissions in a winter wheat-summer corn double-cropping system. Atmos Environ 5:240–244. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.02.077
Ramanantenasoa MMJ, Génermon S, Gilliot JM, Bedos C, Makowski D (2019) Meta-modeling methods for estimating ammonia volatilization from nitrogen fertilizer and manure applications. J Environ Manage 236:195–205. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.01.066
Robertson, G.P., 1993. Fluxes of nitrous oxide and other nitrogen trace gases from intensively managed landscapes: a global perspective. In: Harpwr L.A., Mosier A.R., Duxbury J.M., Rolston D.E., (eds) Agricultural ecosystem effects on trace gases and global climate change. ASA Special Publication No. 55. ASA, CSSA, SSSA, Madison, wi 95–108.
Sanz-Cobena A, García-Marco S, Quemada M, Gabriel J, Almendros P, Vallejo A (2014) Do cover crops enhance N2O, CO2 or CH4 emissions from soil in Mediterranean arable systems? Sci Total Environ 466:164–174. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.07.023
Sapkota T.B, Singh, LK, Yadav AK, Khatri-Chhetri A, Jat HS, Sharma PC, Jat ML, Stirling CM 2020 Identifying optimum rates of fertilizer nitrogen application to maximize economic return and minimize nitrous oxide emission from rice–wheat systems in the Indo-Gangetic Plains of India. Arch. Agron. Soil Sci. https://doi.org/10.1080/03650340.2019.1708332
Scavo A, Restuccia A, Lombardo S, Fontanazza S, Abbate C, Pandino G, Anastasi U, Onofri A, Mauromicale G (2020) Improving soil health, weed management and nitrogen dynamics by Trifolium subterraneum cover cropping. Agron. Sustain. Dev. 40(3):18–18. https://doi.org/10.1007/s13593-020-00621-8
Thorup-Kristensen K, Magid J, Jensen LS (2003) Catch crops and green manures as biological tools in nitrogen management in temperate zones. Adv Agron 79:227–227. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(02)79005-6
Tol RSJ (2008) The social cost of carbon: trends, outliers and catastrophes. economics: the open-access. Open-Assess E-J 2:2008–2025. https://doi.org/10.5018/economics-ejournal.ja.2008-25
Tonitto C, David MB, Drinkwater LE (2006) Replacing bare fallows with cover crops in fertilizer-intensive cropping Systems: a meta-analysis of crop yield and N dynamics. Agr Ecosyst Enviro 112(1):58–72. https://doi.org/10.1016/j.agee.2005.07.003
U.S. Department of Agriculture (USDA), 2000. Water quality impacts of agriculture. Washington, DC
Wang ZB, Zhang HL, Lu XH, Wang M, Chu QQ, Wen XY, Chen F (2016) Lowering carbon footprint of winter wheat by improving management practices in North China Plain. J Clean Prod 112:149–157. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.06.084
Wang ZB, Chen J, Mao SC, Han YC, Chen F, Zhang LF, Li YB, Li CD (2017) Comparison of greenhouse gas emissions of chemical fertilizer types in China’s crop production. J Clean Prod 141:1267–1274. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.09.120
Wang ZB, Wang GP, Han YC, Feng L, Fan ZY, Lei YP, Yang BF, Li XF, Xiong SW, Xing FF, Xin MH, Du WL, Li CD, Li YB (2021) Improving cropping systems reduces the carbon footprints of wheat-cotton production under different soil fertility levels. Arch Argon Soil Sci 67:2, 218–233. https://doi.org/10.1080/03650340.2020.1720912
Wang ZB, Zhang JZ, Zhang LF (2019) Reducing the carbon footprint per unit of economic benefit is a new method to accomplish low-carbon agriculture. A case study: adjustment of the planting structure in Zhangbei County. China J Sci Food Agric 99:4889–4897. https://doi.org/10.1002/jsfa.9714
Warner K, Hamza M, Oliver-Smith A, Renaud F, Julca A (2010) Climate change, environmental degradation and migration. Nat Hazards 55(3):689–715. https://doi.org/10.1007/s11069-009-9419-7
West JR, Ruark MD, Shelley KB (2020) Sustainable intensification of corn silage cropping systems with winter rye. Agron Sustain Dev 40:11. https://doi.org/10.1007/s13593-020-00615-6
Xia YQ, Yan XY (2012) Ecologically optimal nitrogen application rates for rice cropping in the Taihu Lake Region of China. Sustain Sci 7(1):33–44. https://doi.org/10.1007/s11625-011-0144-2
Xue JF, Pu C, Liu SL, Zhao X, Zhang R, Chen F, Xiao XP, Zhang HL (2016) Carbon and nitrogen footprint of double rice production in Southern China. Ecol Indic 64:249–257. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.01.001
Yang XL, Sui P, Zhang M, Chen YQ, Gao WS (2014) Reducing agricultural carbon footprint through diversified crop rotation systems in the North China Plain. J Clean Prod 76:131–139. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.03.063
Zhang FS, Chen XP, Vitousek P (2013) Chinese agriculture: an experiment for the world. Nature 497(7447):33–35. https://doi.org/10.1038/497033a
Zhang, Z.G., Li, X.F., Xiong, S.W., An, J., Han, Y.C., Wang, G.P., Feng, L., Lei, Y.P., Yang, B.F., Xing, F.F., Xin, M.H., Du, W.L. Wang, Z.B., Li, Y.B., 2021. Orychophragmus violaceus as a winter cover crop is more conducive to agricultural sustainability than Vicia villosa in cotton-fallow systems. Arch. Agron. Soil Sci. https://doi.org/10.1080/03650340.2021.1905800
Zhou J, Li B, Xia LL, Fan CH, Xiong ZQ (2019) Organic-substitute strategies reduced carbon and reactive nitrogen footprints and gained net ecosystem economic benefit for intensive vegetable productin. J Clean Prod 225:984–994. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.191