重慶市露地蔬菜生產(chǎn)施肥現(xiàn)狀與活性氮損失及溫室氣體排放估算

程泰鴻，吳吉，，梁濤，3，譚慶軍，戴安勇，陳新平，，王孝忠，*

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716；2.西南大學(xué)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究中心，重慶 400716；3.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329；4.重慶市銅梁區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會(huì)，重慶 401120）

蔬菜在人們生活中占有重要地位，隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)蔬菜的需求量越來越高。我國(guó)蔬菜種植面積和產(chǎn)量分別占全世界的41.2%和50.9%，且蔬菜產(chǎn)量以每年1.1%的速度增長(zhǎng)。大部分蔬菜根系淺，導(dǎo)致其養(yǎng)分吸收能力弱，農(nóng)戶為了追求高產(chǎn)量和高收益，常投入大量的化肥，投入量超過了蔬菜養(yǎng)分需求，因此在蔬菜種植中氮、磷盈余量居高不下，遠(yuǎn)超糧食作物。硝酸鹽淋洗和氧化亞氮、氨揮發(fā)等氮損失現(xiàn)象嚴(yán)重，加劇了土壤酸化效應(yīng)和水體富營(yíng)養(yǎng)化等風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致我國(guó)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境代價(jià)較高。因此，明確農(nóng)戶蔬菜生產(chǎn)的施肥現(xiàn)狀及其環(huán)境代價(jià)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分高效管理與減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境代價(jià)具有重要意義。

近年來，蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)由于其高投入和高環(huán)境代價(jià)的特性而受到廣泛的關(guān)注。生命周期評(píng)價(jià)（Life cycle assessment，LCA）是一種ISO標(biāo)準(zhǔn)化方法，用于評(píng)估與任何給定活動(dòng)相關(guān)的各種環(huán)境影響，包括與產(chǎn)品生命周期每個(gè)階段相關(guān)的材料、輸入和能量，并量化每個(gè)生命周期步驟對(duì)特定環(huán)境影響類別的貢獻(xiàn)。LCA被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)作物全生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。目前對(duì)于蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境代價(jià)的研究主要集中于對(duì)特定區(qū)域和特定蔬菜系統(tǒng)的定量化，然而，不同地區(qū)的氣候、土壤和資源投入等條件各異，導(dǎo)致不同地區(qū)的環(huán)境代價(jià)差異大。如ZHANG等的研究表明，我國(guó)北方氮肥施用量比南方高18.2%~58.2%，北方地區(qū)的溫室氣體排放量比南方地區(qū)高9.7%~30.0%；郭金花的研究表明，北京設(shè)施番茄的溫室氣體排放潛值（379 kg COe·t）比山東壽光設(shè)施番茄溫室氣體排放潛值（263 kg COe·t）高44.1%。肥料是蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境代價(jià)最主要的貢獻(xiàn)因素。大量研究表明，蔬菜生產(chǎn)中氮肥施用導(dǎo)致的溫室氣體排放占總溫室氣體排放的比例高達(dá)58.0%~84.2%。同時(shí)，不同蔬菜種類的生理特性等不同，田間管理措施和資源投入差異大，進(jìn)而導(dǎo)致不同蔬菜類型間環(huán)境代價(jià)差異大。如胡亮等定量比較了瀏陽市8種蔬菜（黃瓜、苦瓜、青椒、茄子等）生產(chǎn)中的溫室氣體排放，發(fā)現(xiàn)黃瓜和苦瓜顯著高于其他種類的蔬菜。ADEWALE等定量比較了8種不同種類蔬菜生產(chǎn)中的溫室氣體排放，發(fā)現(xiàn)花椰菜、土豆和辣椒的溫室氣體排放量最高。降低肥料用量是降低作物生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境代價(jià)的關(guān)鍵。我國(guó)不同種類蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)施肥投入量高、環(huán)境代價(jià)大，同一區(qū)域蔬菜生產(chǎn)肥料投入差異大，導(dǎo)致環(huán)境代價(jià)差異大，具有較大的節(jié)肥減排潛力。例如，本課題組前期研究表明，基于作物養(yǎng)分需求優(yōu)化氮肥管理策略能夠減少我國(guó)蔬菜系統(tǒng)1.77 Mt的氮肥消耗，同時(shí)減少23.3 Mt COe溫室氣體排放。我國(guó)蔬菜種植區(qū)域分布廣泛，種植種類多，不同區(qū)域土壤、氣候和田間管理等條件差異大，因此亟需對(duì)我國(guó)典型蔬菜生產(chǎn)區(qū)域的主要蔬菜類型進(jìn)行施肥現(xiàn)狀和環(huán)境代價(jià)評(píng)價(jià)，明確節(jié)肥減排潛力并提出合理的調(diào)控途徑，實(shí)現(xiàn)蔬菜可持續(xù)生產(chǎn)。

重慶是我國(guó)蔬菜生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一。2000年到2018年重慶蔬菜種植面積增加了41.2萬hm，增幅為20.1%，蔬菜種植面積占整個(gè)種植業(yè)的比例由9.1%增加到21.1%，是重慶增長(zhǎng)最快的作物種類之一。銅梁區(qū)位于重慶最大的蔬菜生產(chǎn)區(qū)域——遂渝高速公路沿線蔬菜生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)帶，該地蔬菜種植面積大，化肥施用強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他糧油生產(chǎn)區(qū)縣。本研究以重慶市典型露地蔬菜為研究對(duì)象，采用農(nóng)戶問卷調(diào)查方法，并結(jié)合LCA方法系統(tǒng)評(píng)價(jià)該地區(qū)露地蔬菜生產(chǎn)的施肥現(xiàn)狀與環(huán)境代價(jià)（活性氮損失和溫室氣體排放），并比較蔬菜種類間肥料投入及其環(huán)境代價(jià)的差異。最后，基于推薦施肥量估算節(jié)肥減排潛力并明確節(jié)肥減排措施，為該地區(qū)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的綠色可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究區(qū)域?yàn)橹貞c市銅梁區(qū)（105°46′~106°16′E，29°31′~30°05′N），該地區(qū)為典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.1℃，年平均降水量1 070.6 mm。本研究區(qū)域蔬菜種植面積2.3×10hm，是我國(guó)西南低山丘陵區(qū)一個(gè)非常重要且典型的露地蔬菜生產(chǎn)區(qū)域。

1.2 農(nóng)戶調(diào)研

本研究分別于2020年7月和2021年7月對(duì)重慶市銅梁區(qū)的蔬菜生產(chǎn)狀況進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，重點(diǎn)關(guān)注蔬菜生產(chǎn)過程中各階段的投入情況?；谑卟嗽阢~梁區(qū)的種植分布情況，采用農(nóng)戶調(diào)研的方法，在該地區(qū)選取了6個(gè)典型的蔬菜生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)鎮(zhèn)，每個(gè)鎮(zhèn)選取2~3個(gè)蔬菜生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)村，每個(gè)村隨機(jī)選取12~15戶農(nóng)戶開展問卷調(diào)研。問卷指標(biāo)主要包括：蔬菜種類、種植年限、輪作方式、產(chǎn)量、戶種植面積、農(nóng)藥、地膜、柴油消費(fèi)量、施肥情況（底肥/追肥施用種類及施用量、底肥/追肥施肥方法、施肥時(shí)間和追肥次數(shù)）等。對(duì)得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，剔除缺失施肥量或產(chǎn)量的樣本，同時(shí)剔除施肥量和產(chǎn)量明顯不合常理的樣本，對(duì)于獲得的對(duì)應(yīng)樣本量較少的蔬菜種類不納入統(tǒng)計(jì)。最終共得到有效的蔬菜調(diào)研問卷180份，其中白菜45份、番茄23份、辣椒35份、蘿卜17份、茄子19份、絲瓜26份、萵筍15份。

1.3 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

1.3.1 系統(tǒng)邊界和評(píng)價(jià)單元

本研究通過LCA對(duì)重慶市銅梁區(qū)主要露地蔬菜種類生產(chǎn)過程中的環(huán)境代價(jià)進(jìn)行定量研究。系統(tǒng)邊界為蔬菜從播種到收獲的整個(gè)生育期，分為農(nóng)資階段和農(nóng)作階段兩個(gè)階段。農(nóng)資階段主要關(guān)注各投入物（無機(jī)和有機(jī)肥料、農(nóng)藥、柴油燃料和塑料薄膜等）的生產(chǎn)和運(yùn)輸過程。農(nóng)作階段主要關(guān)注肥料施用、農(nóng)藥施用和機(jī)械使用過程中消耗的柴油。目前環(huán)境代價(jià)指標(biāo)很多，本研究重點(diǎn)關(guān)注與肥料投入量顯著相關(guān)的活性氮損失和溫室氣體排放。研究表明糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的活性氮損失和溫室氣體排放有顯著的線性相關(guān)關(guān)系，對(duì)這兩者的分析有助于更全面評(píng)價(jià)作物系統(tǒng)的環(huán)境效應(yīng)。為了更方便評(píng)價(jià)和理解其環(huán)境代價(jià)，將此系統(tǒng)環(huán)境代價(jià)評(píng)價(jià)單元設(shè)為單位面積（每公頃）和單位產(chǎn)量（每噸）。

1.3.2 計(jì)算方法

（1）活性氮損失和氮足跡

根據(jù)ISO-14040國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，從LCA的角度對(duì)活性氮損失進(jìn)行了量化?；钚缘獡p失和氮足跡分別為生產(chǎn)每公頃蔬菜和每噸蔬菜在農(nóng)資階段和農(nóng)作階段總活性氮損失量?；钚缘獡p失的計(jì)算公式為：

式中：PM為生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)牡趥€(gè)投入類別（化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜和柴油的機(jī)械消耗）的活性氮排放因子；Rate為蔬菜生產(chǎn)過程中第個(gè)投入類別的使用量，kg·hm。

氮足跡計(jì)算公式為：

式中：NF為第種蔬菜的氮足跡，kg·t；Nr為第種蔬菜每公頃的活性氮損失，kg·hm；Y為第種蔬菜的鮮質(zhì)量，t·hm。

（2）溫室氣體排放和碳足跡

根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovern?mental Panel on Climate Change，IPCC）提出的方法估算了蔬菜生產(chǎn)整個(gè)生命周期中的溫室氣體排放，分為農(nóng)資階段（Materials stage，MS）和農(nóng)作階段（Farm?ing stage，F(xiàn)S）兩個(gè)階段，計(jì)算公式為：

式中：PM為生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)牡诜N投入的溫室氣體排放因子；Rate為蔬菜生產(chǎn)期間第種投入類別（如肥料、農(nóng)藥、塑料薄膜和柴油）的使用量，kg·hm。

碳足跡定義為每噸產(chǎn)品的溫室氣體排放量，通過公式（8）計(jì)算：

式中：CF為第種蔬菜的碳足跡，kg COe·t；GHG為第種蔬菜每公頃的溫室氣體排放量，kg COe·hm；Y為第種蔬菜的鮮質(zhì)量，t·hm。

1.4 節(jié)肥減排潛力分析

優(yōu)化施肥用量是實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)減排的重要措施。數(shù)據(jù)整合分析方法是揭示區(qū)域作物優(yōu)化施肥用量的重要手段?；诖朔椒?，本研究通過中國(guó)知網(wǎng)搜索2021年1月1日之前發(fā)表的有關(guān)蔬菜推薦施肥量的文章。搜索的關(guān)鍵詞為：蔬菜/白菜/番茄/辣椒/蘿卜/茄子/絲瓜/萵筍、施肥量/最佳施肥量等。為了最大程度保證數(shù)據(jù)的代表性，本文采用以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)二次篩選：（1）試驗(yàn)地點(diǎn)位于中國(guó)，僅限于田間試驗(yàn)，排除土培與盆栽試驗(yàn)；（2）剔除采用緩/控釋肥、穩(wěn)定性肥料和其他功能性肥料的試驗(yàn)。通過以上過程得到不同蔬菜種類推薦氮、磷、鉀肥施肥量，去掉異常值后取算術(shù)平均值，并基于有機(jī)肥代替化肥合理比例為30%優(yōu)化有機(jī)肥用量?；诖?，采用LCA方法，估算出優(yōu)化施肥條件下活性氮損失和溫室氣體排放，最終得出各蔬菜種類不同養(yǎng)分（N、PO和KO）的節(jié)肥潛力與活性氮損失和溫室氣體排放的減排潛力。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2019和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。使用Sigmaplot 14.0繪圖?；署B(yǎng)分含量參照農(nóng)戶所用化肥的產(chǎn)品參數(shù)，畜禽糞便養(yǎng)分含量參照中國(guó)主要作物施肥指南，商品有機(jī)肥按N 2%、PO1.0%、KO 1.0%計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量

由調(diào)查結(jié)果可得，不同蔬菜類型產(chǎn)量差異較大（圖1）。白菜的平均產(chǎn)量為（54.3±22.1）t·hm，范圍為18.8~112.5 t·hm；番茄的平均產(chǎn)量為（73.9±16.3）t·hm，范圍為20.5~108.0 t·hm；辣椒的平均產(chǎn)量為（28.4±16.2）t·hm，范圍為6.0~75.0 t·hm；蘿卜的平均產(chǎn)量為（82.5±26.6）t·hm，范圍為 4 5.5~120.0 t·hm；茄子的平均產(chǎn)量為（64.7±28.2）t·hm，范圍為15.5~113.0 t·hm；絲瓜的平均產(chǎn)量為（54.1±20.9）t·hm，范圍為 1 8.8~97.5 t·hm；萵筍的平均產(chǎn)量為（43.7±10.5）t·hm，范圍為30.5~67.5 t·hm。

圖1 不同蔬菜種類的產(chǎn)量水平Figure 1 Yield levels in different vegetable species

2.2 資源投入現(xiàn)狀

如表1所示，銅梁主要蔬菜氮、磷、鉀平均施用量分別為 4 83、321 kg·hm和 3 69 kg·hm，不同蔬菜種類的施肥量存在較大的差異。茄子的氮、磷肥投入量均最高，分別比其他種類蔬菜高12.2%~63.8%和2.5%~59.1%。番茄的鉀肥投入量最高，比其他種類蔬菜高0.46%~70.5%。從總養(yǎng)分來源看，化肥的氮、磷、鉀平均投入量分別為328、226、268 kg·hm，占肥料投入總量的比例分別為67.9%、70.5%、72.5%。其中茄子的化肥氮、磷、鉀投入量均最高，比其他種類蔬菜投入量分別高27.0%~144.4%、10.7%~127.2%和1.3%~150.0%。7種蔬菜有機(jī)肥的氮、磷、鉀平均投入量分別為155、94、101 kg·hm，占肥料投入總量的比例分別為32.1%、29.5%、27.5%。辣椒的有機(jī)肥氮、磷、鉀投入量均最高，比其他種類蔬菜分別高6.8%~43.3%、10.3%~56.3%和6.9%~55.3%。不同蔬菜種類的農(nóng)藥、柴油和薄膜的投入存在差異，其中蘿卜的農(nóng)藥和柴油投入最高，比其他種類蔬菜分別高4.8%~95.8%和6.3%~47.8%；番茄的薄膜投入最高，比其他種類的蔬菜高11.0%~394.0%。

表1 不同蔬菜種類資源投入情況Table 1 Investigated inputs in different vegetable species

如表2所示，從不同時(shí)期養(yǎng)分施用量來看，不同蔬菜種類的基肥氮、磷、鉀平均投入量分別為344、242 kg·hm和270 kg·hm，追肥氮、磷、鉀平均投入量分別為139、79、99 kg·hm。從不同蔬菜種類的基肥和追肥的比例來看，基肥和追肥的氮、磷、鉀肥料的平均比例分別為0.71∶0.29、0.75∶0.25和0.73∶0.27，在氮肥投入中，蘿卜和萵筍的基肥比例最高，分別為87%和85%，其次分別為辣椒（72%）、白菜（70%）、絲瓜（70%）、番茄（67%），茄子（63%）的比例最低；萵筍磷肥和鉀肥基肥比例最高，均為90%。

表2 不同時(shí)期肥料養(yǎng)分施用量Table 2 Average application rates of fertilizers at different growth stage

2.3 活性氮損失和溫室氣體排放

如圖2所示，不同蔬菜種類單位面積上的平均總活性氮損失為141 kg·hm，其中NO淋洗、NH揮發(fā)和NO排放分別占總活性氮損失的67.9%、25.2%和4.3%。不同蔬菜種類活性氮損失差異較大，其中茄子的活性氮損失最高（165 kg·hm），比白菜、番茄、辣椒、蘿卜、絲瓜和萵筍分別高28.4%、13.3%、13.0%、38.2%、12.8%和18.6%。不同蔬菜種類的平均溫室氣體排放分別為6 352 kg COe·hm，其中，茄子的溫室氣體排放最高（7 934.3 kg COe·hm），比白菜、番茄、辣椒、蘿卜、絲瓜和萵筍分別高34.8%、14.4%、23.0%、63.9%、21.8%和31.1%。其中，肥料是蔬菜生產(chǎn)中主要的溫室氣體排放源，農(nóng)資階段肥料生產(chǎn)和運(yùn)輸及農(nóng)作階段肥料施用對(duì)溫室氣體排放貢獻(xiàn)率分別為49.1%~53.2%和36.5%~37.3%，其中，氮肥的生產(chǎn)、運(yùn)輸和施用是溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)因素，由氮肥引起的溫室氣體排放占總溫室氣體排放量的86.6%~88.9%。此外，農(nóng)藥、柴油和農(nóng)膜的貢獻(xiàn)率較小，為2.1%~9.6%。

圖2 不同蔬菜種類單位面積活性氮損失和溫室氣體排放Figure 2 The reactive nitrogen loss and greenhouse gas emission per hectare of different vegetable species

如圖3所示，在單位產(chǎn)量上，蔬菜平均氮足跡為3.67 kg·t，不同蔬菜種類氮足跡差異較大，其中辣椒氮足跡最大，比白菜、番茄、蘿卜、茄子、絲瓜和萵筍分別高159%、255%、319%、94.9%、122%和117%。蔬菜平均碳足跡為162.1 kg COe·t，其中辣椒碳足跡最大，比白菜、番茄、蘿卜、茄子、絲瓜和萵筍分別高142%、220%、345%、68%、114%和113%。

圖3 不同蔬菜種類單位產(chǎn)量活性氮損失和溫室氣體排放Figure 3 The reactive nitrogen loss and greenhouse gas emission per metric ton of different vegetable species

2.4 節(jié)肥與減排潛力分析

基于文獻(xiàn)匯總的各蔬菜種類推薦施肥量，對(duì)比各種蔬菜的施肥現(xiàn)狀，估算了各類蔬菜種植的節(jié)肥減排潛力，結(jié)果如表3所示，可知銅梁蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)具有較大的節(jié)肥減排潛力。與優(yōu)化施肥量相比，單位面積氮肥、磷肥和鉀肥的平均節(jié)肥潛力分別為48%、55%和39%，蔬菜活性氮和溫室氣體平均減排潛力分別為46%和48%。不同蔬菜種類節(jié)肥減排潛力差異較大，該地區(qū)蔬菜生產(chǎn)單位面積氮、磷、鉀節(jié)肥潛力的范圍分別為26%~59%、39%~59%和26%~45%，其中茄子的氮、鉀節(jié)肥潛力，辣椒和絲瓜的磷節(jié)肥潛力高于其他蔬菜種類。減排潛力因蔬菜種類的不同而異，活性氮和溫室氣體的減排潛力范圍分別為16%~59%和25%~58%，其中茄子的減排潛力高于其他蔬菜種類。

表3 不同種類蔬菜的節(jié)肥減排潛力分析Table 3 Mitigation potentials of fertilizer rate and environmental cost in different vegetable species

3 討論

3.1 施肥現(xiàn)狀

近年來，通過我國(guó)實(shí)施的“國(guó)家測(cè)土配方施肥項(xiàng)目（2005）”和“化肥使用零增長(zhǎng)行動(dòng)（2015）”等政策干預(yù)，蔬菜的施肥量有所減少，但是目前整體施肥量仍處于較高水平。調(diào)查結(jié)果表明，銅梁區(qū)蔬菜系統(tǒng)肥料用量過高，平均氮、磷、鉀肥料投入總量分別為483、321 kg·hm和 3 69 kg·hm，比全國(guó)露地蔬菜施肥量高41%~95%，氮肥用量分別比我國(guó)小麥和玉米高130%和120%，但銅梁區(qū)蔬菜系統(tǒng)肥料投入量仍低于我國(guó)其他地區(qū)的設(shè)施蔬菜系統(tǒng)。與糧食作物施肥量相比，銅梁區(qū)蔬菜施肥量總體較高，原因主要在于：一方面，蔬菜的根系淺，養(yǎng)分需求量大，其生長(zhǎng)過程中需要大量養(yǎng)分的投入；另一方面，由于大部分農(nóng)民對(duì)肥料和土壤管理等方面的知識(shí)和技能缺乏，加上蔬菜的高附加價(jià)值，為了提高產(chǎn)量獲得高回報(bào)，降低蔬菜減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，農(nóng)民習(xí)慣性依賴于通過提高肥料投入量這單一途徑來提高產(chǎn)量。此外，西南地區(qū)以山地丘陵為主，坡度較大的地形和過多的降雨都會(huì)增加肥料的流失，間接提高了農(nóng)民的肥料用量。研究表明，在20°的坡度下，氮和磷的總流失量分別比5°下的高18.1%和10.8%。不同蔬菜種類間氮、磷、鉀施肥量差異大，總體而言茄果類（番茄、辣椒、茄子）氮、磷、鉀肥料用量高于其他蔬菜類型，主要原因在于茄果類生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、產(chǎn)量大、采收次數(shù)多、施肥次數(shù)多，所以其施肥量相對(duì)較高。

不同時(shí)期氮、磷、鉀投入比例差異較大，目前農(nóng)民普遍重基肥、輕追肥。銅梁區(qū)不同蔬菜種類的氮、磷、鉀肥料投入量基追比平均為7∶3，然而蔬菜基肥養(yǎng)分用量占總養(yǎng)分投入量（基肥+追肥）的適宜比例一般為20%~30%。基肥養(yǎng)分比例過高不利于蔬菜苗期根系的發(fā)育，同時(shí)會(huì)影響全生育期蔬菜生長(zhǎng)。因此，需要降低基肥養(yǎng)分比例，提高追肥養(yǎng)分比例。肥料的分次施用不但可以滿足蔬菜不同生育時(shí)期的養(yǎng)分需求，而且可以降低肥料損失。本研究地區(qū)蔬菜施肥一般分為基施和一次追施，追肥次數(shù)偏少，與蔬菜生長(zhǎng)的養(yǎng)分吸收規(guī)律不匹配。造成這種現(xiàn)象的原因主要是施肥勞動(dòng)力成本和氣候，目前施肥多數(shù)采用人工施肥，因?yàn)閯趧?dòng)力成本高，所以農(nóng)民傾向于通過增加單次施肥量、減少施肥次數(shù)來節(jié)省人工成本。同時(shí)該地區(qū)降水較多，部分蔬菜鋪設(shè)地膜，不利于施肥操作。

3.2 環(huán)境代價(jià)分析

高投入導(dǎo)致銅梁區(qū)蔬菜系統(tǒng)環(huán)境代價(jià)高。在單位面積上，該生產(chǎn)系統(tǒng)平均活性氮損失和溫室氣體排放分別為 141 kg·hm和6 352 kg COe·hm，較我國(guó)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)高29.4%和6.5%，溫室氣體排放較我國(guó)小麥和玉米生產(chǎn)系統(tǒng)高47.7%和34.1%。導(dǎo)致該差異的原因主要在于肥料投入量的不同，氮肥的投入是活性氮損失和溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)因子，分別貢獻(xiàn)了95.9%~98.1%和86.6%~92.9%，與前人的研究結(jié)果類似。本研究中銅梁蔬菜平均氮肥投入量為 483 kg·hm，比我國(guó)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)高 40%，比我國(guó)玉米和小麥氮肥投入量高119%和130%。同時(shí)區(qū)域活性氮損失排放因子差異也是導(dǎo)致此差異的主要因素。銅梁地處西南低山丘陵區(qū)，常年高溫多雨，NO排放因子和硝酸鹽淋洗因子高于其他系統(tǒng)，這些因素共同導(dǎo)致了該地區(qū)蔬菜生產(chǎn)的高環(huán)境代價(jià)。

不同種類蔬菜的活性氮損失和溫室氣體排放存在較大的差異。不同種類蔬菜的肥料用量差異，尤其是氮肥投入的差異，是導(dǎo)致不同蔬菜類型環(huán)境代價(jià)差異的主要原因。例如茄果類的氮肥用量比其他種類的蔬菜顯著高12.2%~63.8%，進(jìn)而導(dǎo)致其活性氮損失和溫室氣體排放比其他種類的蔬菜高12.8%~63.9%。綜上所述，由于不同蔬菜類型肥料用量、環(huán)境代價(jià)差異大，銅梁區(qū)的蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)具有較大的節(jié)肥減排潛力，所以在農(nóng)戶生產(chǎn)過程中針對(duì)不同蔬菜類型必須要嚴(yán)格把控肥料的投入，在避免浪費(fèi)的同時(shí)保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

3.3 節(jié)肥減排潛力分析

優(yōu)化施肥管理，尤其是優(yōu)化肥料用量是降低蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境代價(jià)的重要舉措。當(dāng)前銅梁地區(qū)蔬菜生產(chǎn)肥料用量高且變異大，遠(yuǎn)超于自身養(yǎng)分需求，因此節(jié)肥潛力大。基于蔬菜養(yǎng)分需求特征和氣候土壤特征優(yōu)化肥料用量是蔬菜精準(zhǔn)施肥的關(guān)鍵。研究表明，基于作物需求減少施肥量后，土壤依然能夠保持合適的養(yǎng)分含量并滿足作物的需要，維持作物產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)不同類型蔬菜能夠節(jié)肥26.5%~59.2%，高于糧食作物的節(jié)肥潛力，與其他蔬菜系統(tǒng)的研究結(jié)果類似。由于蔬菜系統(tǒng)節(jié)肥潛力大，因而銅梁區(qū)蔬菜具有較大的環(huán)境減排潛力。本研究發(fā)現(xiàn)單位面積活性氮損失和溫室氣體排放分別可以減少15.9%~50.0%和9.50%~47.9%，與先前的研究一致，如ZHANG等通過優(yōu)化施氮量使我國(guó)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)溫室氣體排放總量減少16.7%。

為進(jìn)一步降低該系統(tǒng)環(huán)境代價(jià)，本文提出以下建議：（1）有機(jī)無機(jī)配施。研究發(fā)現(xiàn)，用有機(jī)肥部分代替化肥可以調(diào)整土壤中的碳氮比例和氮的轉(zhuǎn)化過程，更好地使土壤氮素供應(yīng)與作物氮素需求同步，從而增加氮肥利用率，減少氮素?fù)p失。目前，銅梁區(qū)的菜地有機(jī)肥用量較低，在果菜茶有機(jī)肥替代化肥大背景下，需要適當(dāng)提高有機(jī)肥用量，同時(shí)優(yōu)化化肥用量。（2）使用新型增效肥料，如硝化抑制劑、緩控釋肥料等，調(diào)控土壤中氮轉(zhuǎn)化過程，提高氮肥利用率。大量的研究表明，硝化抑制劑能顯著減少作物氮淋洗損失（38%~56%）和NO排放（39%~48%），同時(shí)增加蔬菜產(chǎn)量（0~10%）和作物肥料氮的回收率（34% ~93%）。然而，在調(diào)研過程中未發(fā)現(xiàn)農(nóng)戶在生產(chǎn)中使用增效肥料，周邊農(nóng)資店也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品。（3）提高肥料生產(chǎn)技術(shù)。ZHANG等的研究結(jié)果表明，改善氮肥生產(chǎn)工藝能夠顯著降低20%~63%與氮肥相關(guān)的溫室氣體排放。因此，可以通過改善肥料生產(chǎn)工藝降低蔬菜生產(chǎn)的溫室氣體排放。

4 結(jié)論

（1）銅梁區(qū)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的肥料投入高，平均氮、磷、鉀肥料投入量分別為483、321 kg·hm和369 kg·hm。不同蔬菜種類的肥料投入量差異大，其中茄果類的肥料投入量最高。

（2）該地區(qū)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境代價(jià)較高，平均活性氮損失和溫室氣體排放分別為141 kg · hm和6 352 kg COe·hm，這主要是由于肥料投入量高造成的，其中氮肥投入的貢獻(xiàn)分別為95.9%~98.1%和86.6%~92.9%。由于不同蔬菜種類肥料投入量差異大，蔬菜種類之間的活性氮損失和溫室氣體排放存在較大的差異。

（3）基于推薦施肥量，銅梁區(qū)的蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)有巨大的節(jié)肥減排潛力，平均氮、磷、鉀肥料的節(jié)肥潛力分別為48%、55%和39%，平均活性氮損失和溫室氣體減排潛力分別為46%和48%。因此，亟需通過優(yōu)化施肥管理策略在維持蔬菜產(chǎn)量的條件下降低生產(chǎn)成本并減少環(huán)境代價(jià)，實(shí)現(xiàn)銅梁區(qū)蔬菜產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

對(duì)銅梁區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村委產(chǎn)業(yè)科科長(zhǎng)熊杰，西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院肖然老師，西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院楊宇衡老師，西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院郭超儀、張芬、劉發(fā)波、劉栩辰、楊林等同學(xué)在蔬菜生產(chǎn)調(diào)研過程中提供的幫助表示衷心的感謝。