文章信息
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文章标题：Nitrogen fertilizer use and climate interactions: Implications for maize yields in Kansas
标题译文：氮肥使用与气候变化的相互作用：对堪萨斯州玉米产量的影响
发表期刊：Agricultural Systems
在线时间：2024.07.23
通讯作者：Gretchen F. Sassenrath; 潘志华
作者单位：Department of Agronomy, Kansas State University, Manhattan; 中国农业大学资源与环境学院
研究背景
Background
美国是全球主要的玉米生产国，其中堪萨斯州位于大平原和玉米带的西南部，玉米生产对该州农业经济至关重要。气候变化导致全球玉米产量的波动，美国平均地表温度自1910年以来每十年上升0.13摄氏度，预计将继续变暖，并伴随着极端气候事件的频率增加。氮肥的过量和低效使用导致了生产成本的增加以及土壤、水和空气质量的退化。文章的目的是：1）阐明在温度和降水变化下玉米产量对氮肥使用的反应；2）探索不同气候条件对氮肥使用效率的影响。
主要结果
Results
1. 气候变化与氮肥使用对玉米产量的影响：
气候变化对玉米产量的影响（-10%到8%）大于氮肥使用变化的影响（-4%到2%）。随着有效积温（GDD）和降水量的增加，增加氮肥使用可以提高产量。随着极端温度日数（EDD）的增加，增加氮肥使用会降低产量。
2. 不同区域玉米产量的变化：
1981-2019年，堪萨斯州西部由于EDD的增加，玉米产量降低了7%。相反，在东南部，由于气候更暖和、更湿润，玉米产量增加了2.4%。
3. 最优氮肥施用量：
在平均气候条件下，堪萨斯州的最优氮肥施用量从西北部的50 kg/ha 增加到东部的158 kg/ha。最优氮肥施用量随着GDD和降水量的增加而增加，随着EDD的增加而减少。
文章图表
Figures & tables
图1. 1981年至2019年堪萨斯州全州平均玉米产量和氮肥使用的时间序列，(a)；(b) 平均氮肥使用量（公斤N/公顷）的空间分布；(c) 平均玉米产量（吨/公顷）；(d) 1981年至2019年九个美国农业部作物报告区域的氮肥使用与玉米产量趋势之间的关系。
图2. 1981年至2019年堪萨斯州玉米生长季节的气候异常（左列）和气候平均值（右列）：(a, b) 平均气温；(c, d) 有效积温[10,30]；(e, f) 极端温度日数[30+]；(g, h) 降水量。左图中的虚线表示当异常趋势在p≤0.1时统计显著的线性趋势线。每个箱线图中，中线表示中位数，底部和顶部边框表示25%和75%分位数，须线帽表示90%和10%分位数，'+'表示异常值。
图3. 1981年至2019年九个美国农业部作物报告区域的气候趋势影响（a）和气候与氮肥使用趋势的综合影响（b）对玉米产量的贡献。灰色星号表示GDD、EDD和降水气候趋势的产量变化；蓝色六边形表示气候和氮肥使用趋势的综合影响。
图4. 1981年至2019年玉米产量对+100 GDD（a和b）、+10 EDD（c和d）以及+50毫米降水（e和f）的响应。左列是县级玉米产量对气候条件的平均敏感性。右列是在九个美国农业部作物报告区域的高和低氮肥使用下玉米产量对气候条件的响应。
图5. 不同气候条件下的最佳氮肥施用。(a) 1981年至2019年平均GDD、EDD和降水条件下的最佳氮肥使用图；(b) 在气候分类下的最佳氮肥使用，从左至右的三个面板分别代表1981年至2019年所有县降水量低于25%（干燥）、25% - 75%（正常）和高于75%（湿润）百分位。每个面板中的X轴从左至右分别表示寒冷GDD（<25%百分位）、正常GDD（[25% - 75%]百分位数）和温暖GDD（>75%百分位）。
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