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植物生物刺激剂和减轻作物生产中的温室气体排放

作者:Andrea Colantoni* & Sara Rajabi HamedaniAndrea Colantoni* & Sara Rajabi Hamedani
意大利Tuscia大学农业和森林科学系
*email:colantoni@unitus.it

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生物刺激剂在农业部门的可持续发展方面具有突出的潜力,因为它们能够管理生产力并提高作物生产中的营养使用效率。应用生物刺激剂产品带来的环境效益可以成为生物刺激剂发展政策的补充优势,并促进其在农用化学品行业和农民中的认可。

在各种环境指数中,碳足迹是一个有争议的指标,不仅对处理生产链的公司,而且对政策制定者也有争议。术语 "产品碳足迹 "指的是产品在其生命周期中的温室气体排放--从原材料开采到生产阶段、分销、消费者使用和处置/回收。它包括温室气体二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O),以及包括氢氟碳化物(HFCs)和全氟化碳(PFCs)在内的气体家族。

Colantoni和Rajabihamedani(2019)在已出版的《Biostimolanti per un'agricoltura sostenibile》一书的第11章中报告了微生物和非微生物生物刺激剂在最佳和压力条件下对西瓜和玉米生产系统的环境性能。评估了作物生产链的整体环境影响,遵循从摇篮到大门的观点(植物栽培阶段到收获),并考虑了该过程不同阶段的直接排放和与作为投入的原材料生产相关的间接排放。对1吨西瓜和玉米的生产链的不同管理方式进行了比较,以确定从环境角度来看最可持续的方式。

在参考的研究中,西瓜的田间试验(Kalinova等人,2014)涉及四个实验处理的比较。(T1)标准灌溉,不接种假丝酵母菌;(M1)标准灌溉和接种假丝酵母菌;(T2)减少灌溉,不接种假丝酵母菌;(M2)减少灌溉和接种假丝酵母菌。以前,在由珍珠岩和蛭石组成的基质上,在温室种植的玉米上繁殖了8周的假肢菌根真菌Glomus clarum。由Glomus clarum定植的玉米根部作为西瓜苗的接种物被应用。标准灌溉处理(T1M1)的季节性灌溉量为7010立方米 /公顷,受水胁迫处理(T2M2)为5670立方米 /公顷

玉米的田间试验(Kaya等人,2003)涉及土壤肥料和生物刺激剂和含有微量元素的肥料的叶面施用的各种组合。处理C1每公顷施用相当于300公斤氮、150公斤磷和150公斤钾的大量营养素。处理方法B2每公顷施用相当于200公斤氮、150公斤磷和150公斤钾的大量营养素,并在叶面上施用基于植物油和海藻提取物的生物刺激剂,剂量为5升/公顷,与每升产品中含有300克锰、200克锌和84克铜的肥料混合,处理方法C2每公顷施加相当于200公斤氮、150公斤磷和150公斤钾的大量营养素。在所有三个处理中,生物刺激剂和基于微量元素的肥料的叶面处理都是在4-6片叶子的营养阶段进行的。

结果表明,在标准灌溉条件下,菌根化提高了西瓜产量(M1=176.4吨/公顷),其次是标准灌溉条件下的未菌根化植物(T1=139.8吨/公顷),以及减少灌溉条件下的菌根化植物(M2=130.6吨/公顷),最后是减少灌溉条件下的未菌根化植物(T2=88.0吨/公顷)。在标准和减量灌溉条件下,菌根植物的水利用效率(生产1吨西瓜果实的灌溉水立方米)最高(M1=39.8立方米/1吨果实;M2=43.4立方米/1吨果实),而在标准(T1)和减量灌溉(T2)条件下,非菌根植物每1吨果实分别需要50.1和64.4立方米。此外,菌根化降低了每吨可销售西瓜的二氧化碳当量的总排放量,这与两种灌溉制度相一致。图1表明,与在最佳供水条件下生长的植物(19%)相比,菌根化对见证(T1T2)的二氧化碳节约的影响在受水胁迫的植物中更为显著(27%)。在对标准灌溉的植物进行菌根化处理时,二氧化碳当量排放的绝对值最低(M1)。菌根化减少了所使用的所有投入的排放,这是因为在相同的投入消耗下增加了可销售的西瓜的产量。相反,与标准灌溉处理相比,由于产量减少,水压力增加了每吨可销售西瓜的二氧化碳当量排放。

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图1:西瓜生产中碳足迹的比较结果

结果显示,生物刺激剂处理加上微量元素增加了玉米产量(B2=10.3吨/公顷),而用B2处理的相同数量的氮肥施肥的植物提供了8.98吨/公顷的谷物产量(C2)。在不施用生物刺激剂和微量元素的情况下,用最高比率的氮肥(300公斤/公顷)施肥的植物,产量居中(C1=9.87吨/公顷)。与使用矿物肥料而不使用生物刺激剂和微量元素的植物相比,使用生物刺激剂和微量元素处理的植物的氮利用效率更高(B2=19.4千克氮,生产1吨玉米粒)(C1=30.4千克氮,生产1吨谷物;C2=22.3千克氮,生产1吨谷物)。在确定的处理下,玉米生产的温室气体计算结果显示,与提供相同的肥料贡献,但不叶面施用生物刺激剂和微量元素的处理(C2)相比,叶面供应生物刺激剂和微量元素(B2)减少了每吨谷物的二氧化碳当量总排放量。图2显示,与涉及较低的氮投入以及基于生物刺激剂和微量元素的肥料(B2)的处理相比,氮肥贡献的增加(C1)使每吨玉米作物的总二氧化碳当量排放增加了33%;与减少氮量且不施用基于生物刺激剂和微量元素的肥料(C2)的处理相比,这一增加是15%。

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图2:玉米生产中碳足迹的比较结果

研究结果证实,微生物和非微生物生物刺激剂的应用可以大大减少温室气体的排放。因此,在农场管理中优先应用生物刺激剂,使农民能够减轻相应的温室气体排放。这一成就表明,碳足迹的标签无疑是标志着产品质量提高的一个独特因素。事实上,现有的营销策略侧重于环境保护,考虑到与产品相关的环境影响,影响到产品的消费,减轻产品相应的碳足迹创造了一个相当大的商业机会。

参考文献:
Colantoni A., Rajabihamedani S., 2019.生物刺激物和环境可持续发展的珊瑚。In:Colla G. & Rouphael Y., editors.Biostimolanti per un'agricoltura sostenibile.第1版,维罗纳。L'informatore agrario; p. 143-153.

Kalinova St., Kostadinova S., Hristoskov A., 2014.氮素利用效率和玉米产量对氮素率和叶面施肥的反应。保加利亚农业科学杂志,20(1)。178-181.

Kaya C., Higgs D., Kirnak H., Tas I., 2003. 菌根定植提高了西瓜(Citrullus lanatus Thunb.)在水分充足和水分紧张条件下的果实产量和水分利用效率 植物与土壤 253: 287-292.