冬小麦-夏トウモロコシ作付体系における有機質肥料の長期代替施肥が作物収量とNO排出量に与える影響（英文

Crop yield and NO emission affected by long-term organic manure substitution fertilizer under winter wheat-summer maize cropping system.

• Fenglian Lv
• Jiashan Song
• Donna Giltrap
• Yongtao Feng
• Xueyun Yang
• Shulan Zhang

抄録

有機肥料と合成肥料を併用することで作物の収量を維持し、土壌肥沃度を向上させることができるが、合成肥料を有機肥料で代用した場合の長期的なNO排出量への影響は明らかにされていない。本研究では、合成肥料と有機質肥料の代替が作物の収量とNO排出量に及ぼす長期的な影響を、圃場実験とDNDCモデルによるシミュレーションを用いて検討した。圃場実験は、中国北部の関中平原において、小麦とトウモロコシの作型で実施した。無施肥（CK）、合成窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）肥料（NPK）、合成窒素の25％、50％、75％、100％を乳牛ふん尿で置換したもの（25％M、50％M、75％M、100％M）の6つの施肥を行った。DNDCモデルは、2014年から2017年までのNPK処理の圃場データを用いて較正し、他の処理についても検証した。その結果、DNDCモデルは作物の収量（例：nRMSE<5%）と年間NO排出量（nRMSE<20%）のシミュレーションに成功することが示された。さらに、30年間のシミュレーションでは、有機質肥料代替処理は小麦の収量を良好に維持することができ、異なる年の間の収量のばらつきは小さいことがわかった。また、30 年間のシミュレーションでは、有機質肥料代替処理は小麦の収量を良好に維持することができ、年による収量のばらつきは小さいことがわかった。長期シミュレーションの結果、受精処理の NO 排出量は時間の経過とともに増加傾向にあり、特に 75%M 処理では、受精 25 年後の NO 排出量が NPK 処理よりも高くなっていることがわかった。また、各施肥区の年間平均NO排出量は、NPK＞25％M＞50％M＞75％M＞100％M＞CKの順であった。また、収量規模のNO排出量と排出係数は、NPK処理が最も高い値を示した。作物の収量，収量安定性，NO排出量を考慮すると，合成肥料25%を有機質肥料で代用することは，実験環境下で作物の生産性と環境保全を同時に確保することができると考えられる。

Application of organic manure combined with synthetic fertilizer can maintain crop yield and improve soil fertility, but the long-term effects of substituting different proportions of synthetic fertilizers with organic manure on NO emission remain unclear. In this study, field experiments and DNDC model simulations were used to study the long-term effects of substituting synthetic fertilizers with organic manure on crop yield and NO emission. The field experiment was conducted at Guanzhong Plain, northern China, under a wheat-maize cropping system. Six treatments were included: no fertilization (CK); synthetic nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) fertilizers (NPK); and 25%, 50%, 75% and 100% of the synthetic N substituted by dairy manure (25%M, 50%M, 75%M, and 100%M), respectively. The DNDC model was calibrated using the field data from the NPK treatment from 2014 to 2017 and was validated for the other treatments. The results showed that the DNDC model can successfully simulate the crop yield (e.g. nRMSE < 5%) and annual NO emission (nRMSE < 20%). In addition, a 30-year simulation found that organic manure substitution treatments could maintain wheat yield well, and the yield variation between different years was small. However, relative to the NPK treatment, the maize yields for the first 6 and 7 years were lower under 50%M and 75%M, and under 100%M maize yields were reduced for the first 15 years. The long-term simulation showed that NO emission of fertilized treatment had an increasing trend over time, especially the 75%M treatment where the NO emission was higher than that of NPK treatment after 25 years of fertilization. The annual mean NO emission under different treatments was, in decreasing order, NPK > 25%M > 50%M > 75%M > 100%M > CK. The yield-scale NO emission and emission factor were highest for the NPK treatment. Considering crop yield, yield stability and NO emission, substitution of 25% synthetic fertilizer by organic manure can simultaneously ensure crop productivity and environmental protection under the tested environment.

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