Carbon footprint of maize-wheat cropping system after 40-year fertilization

农学 温室气体 环境科学 肥料 稻草 碳足迹 土壤碳 种植制度 肥料 作物产量 一氧化二氮 作物 化学 土壤水分 生物 土壤科学 有机化学 生态学
作者
Guodong Shao,Jie Zhou,Buchun Liu,Sulaiman Almwarai Alharbi,Enke Liu,Yakov Kuzyakov
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:926: 172082-172082 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.172082
摘要

Two main challenges which human society faces for sustainable development goals are the maintenance of food security and mitigation of greenhouse gas (GHG) emissions. Here, we examined the impacts of six fertilization treatments including unfertilized control (CK), mineral nitrogen (N, 90 kg N ha-1), mineral N plus 30 kg P ha-1 phosphorus (NP), NP combined with 3.75 Mg ha-1 straw (NP + Str), farmyard manure (Man, 75 Mg ha-1), and NP combined with manure (NP + Man) on crop productivity and carbon emissions (soil GHG emission; GHGI, yield-based GHG intensity; NGHGB, net GHG balance; carbon footprint, CF) in a maize-wheat cropping system during two years (April 2018-June 2020) in a semi-arid continental climate after 40 years of fertilization in the Northwest China. Manure and straw increased total GHG by 38-60 % compared to the mineral fertilizers alone, which was mainly due to the 49-80 % higher direct emissions of carbon dioxide (CO2) rather than nitrous oxide (N2O). Compared to the N fertilizer alone, organic amendments and NP increased cumulative energy yield by 134-202 % but decreased GHGI by 38-55 %, indicating that organic fertilizers increased crop productivity at the cost of higher GHG emissions. When the soil organic carbon changes (ΔSOC) were accounted for in the C emission balance, manure application acted as a net C sink due to the NGHGB recorded with -123 kg CO2-eq ha-1 year-1. When producing the same yield and economic benefits, the manure and straw addition decreased the CF by 59-85 % compared to N fertilization alone. Overall, the transition from mineral to organic fertilization in the semi-arid regions is a two-way independent solution to increase agricultural productivity along with the reduction of C emissions.
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