【摘要】：我国是世界第一大苹果生产国,当前苹果园养分投入高、肥料利用率低,不但造成资源浪费,还带来了不容忽视的环境问题。为此,分析我国苹果生产系统的养分资源投入、环境代价和环境减排潜力及途径,对我国苹果产业的绿色发展具有重要意义。本研究基于渤海湾(山东、辽宁、河北)和黄土高原(陕西、山西、甘肃)苹果产区3535个果园调查数据,分析了不同苹果产区养分投入数量、结构、适宜程度;采用养分平衡法计算了氮磷养分盈余量,基于养分盈余和化肥环境安全指数定性评价了苹果园环境风险;基于渤海湾和黄土高原产区431个苹果园生产过程详细管理数据和本地化参数,应用生命周期评价法,定量了苹果生产系统的生命周期环境代价,并通过不同生产效率果园的分组分析了环境减排潜力;结合6年59个田间试验数据和调查数据,评价了养分综合管理和有机生产两种减肥途径的环境减排效果。主要结果如下:1、苹果园养分投入量总体较高且不同产区间差异较大。我国主产区苹果园氮、磷和钾平均投入量分别为1056.12 kg N/ha、687.34 kg P_2O_5/ha和861.12 kg K_2O/ha,以无机养分为主,化肥氮、化肥磷和化肥钾投入量占比高达81.02%、79.11%和81.65%;氮、磷养分投入量表现为山东和甘肃较高,辽宁和山西较低,钾养分则表现为山东较高,陕西和山西较低。与推荐施肥量相比,氮、磷和钾养分分别仅有17.84%、6.35%和17.54%的样本处于投入适宜水平,处于投入过量的样本比例则分别为70.24%、88.12%和56.39%。果园有机肥投入总体不高(9.24~13.01 t/ha),平均为10.82 t/ha,13.91%的果园不施有机肥。2、苹果园氮磷养分的高投入带来较高的氮磷盈余和环境风险。苹果园氮平均盈余量为296.56 kg N/ha,总体表现为高环境风险,其中56.85%的样本处于高风险状态(盈余量200 kg N/ha),低环境风险样本仅占20.35%(150 kg N/ha)。苹果园磷平均盈余量为414.28 kg P_2O_5/ha,其中盈余量超过200 kg P_2O_5/ha的样本比重高达70.20%。根据磷盈余量和土壤速效磷含量的线性关系,各产区苹果园磷盈余量均超过了土壤磷素淋失风险临界值(50~70 mg/kg)所对应的土壤磷盈余量(190.54~326.28 kg P_2O_5/ha),全国平均磷盈余量是土壤磷素淋失风险临界值上限所对应的土壤磷盈余量的1.27倍,苹果园土壤磷素淋失环境风险大。化肥环境安全指数法结果表明,全国苹果园化肥环境风险指数平均为0.78,环境风险类型达到重度风险。从不同区域来看,环境风险指数最高的是甘肃,为0.81,环境风险类型为严重风险;环境风险指数较低的是辽宁和山西,分别为0.73和0.74,环境风险类型为中度风险;山东、河北和陕西的环境风险类型处于重度风险。3、根据农户调查数据结合文献资料数据,基于本地化参数,应用生命周期评价法(LCA)定量了苹果生产系统的环境代价。生产单位产量苹果,我国苹果生产系统能源消耗、全球变暖潜力、环境酸化潜力和富营养化潜力分别为4597.79 MJ/t、1067.02 kg CO_2-eq/t、5.73 kg SO_2-eq/t和3.91 kg PO_4-eq/t。不同产区间存在差异,各环境指标均表现为渤海湾产区黄土高原产区。不同生产效率农户分组比较表明,低产低效组(LL)能源消耗、全球变暖、环境酸化和富营养化潜力分别是全国平均水平的1.27、1.32、1.30和1.32倍,而高产高效组(HH)各环境代价分别比全国平均水平低29.18%、34.30%、38.16%和34.22%。4、黄土高原产区6年59个试验点的结果表明,与农民习惯管理相比,以优化施肥数量、施肥品种、施肥时期和施肥方法以及优化果园土壤管理为核心的苹果养分综合管理实现减氮28.27%、减磷48.57%、减钾18.45%,增产12.77%,单位产量的能源消耗、全球变暖、环境酸化和富营养化潜力分别降低25.31%、28.51%、39.36%和37.78%。5、与常规苹果生产系统相比,有机生产系统具有较低的全球变暖潜力、水体毒性、人体毒性和土壤毒性,主要归因于有机生产不使用无机化肥和化学农药;但有机生产系统的能源消耗、环境酸化潜力和富营养化潜力分别比常规生产系统高8.89%、18.74%和26.91%,一方面是由于是有机生产体系产量较低,另一方面有机生产中有机肥的大量施用造成的。值得注意的是,有机生产系统中由有机肥大量使用引起的土壤毒性显著高于常规生产系统。
【图文】：
图 1-1 中国苹果优势区域布局示意图Fig. 1-1 Schematic layout of China apple advantage production region年的布局调整，我国苹果生产向资源条件优、产业基础好、出口区域集中，形成了渤海湾和西北黄土高原两个苹果优势产业带,
果园土壤施氮导致土壤酸化的机制（Bolan等，1991；卢树昌，2010）
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X82;S661.1
【参考文献】
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2707189
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