氮硫管理策略对油用萝卜能量平衡的影响：为生物燃料生产探寻最优方案

《Scientific Reports》：Energy balance in nitrogen and sulfur management strategies for oilseed radish

为解决生物燃料原料问题，研究人员探究氮硫施肥对油用萝卜能量平衡影响，为种植提供策略。

　　在全球能源格局不断变化的当下，生物燃料作为传统化石燃料的重要替代选择，受到了越来越多的关注。原油在全球一次能源消费中占比达 31%，但据预测，其储量将比其他不可再生化石燃料更快耗尽。生物燃料，尤其是乙醇和生物柴油，成为缓解能源危机的关键。欧盟和美国等积极推动生物燃料生产，以应对气候变化并减少对俄罗斯化石燃料的依赖。

然而，生物燃料生产面临着诸多挑战。传统生物燃料原料，如棕榈油和大豆油，因存在间接土地利用变化（ILUC）风险，在欧盟将逐步被淘汰。油菜籽油虽有望填补空缺，但扩大油菜种植面积困难重重，进口又成本高昂。在这样的背景下，油用萝卜（Raphanus sativus L. var. oleiformis Pers.）凭借其独特优势进入了研究人员的视野。它属于十字花科芸苔属作物，适应欧洲气候，能在边际土地种植，不与小麦等粮食作物竞争。而且，其种子含油量高，所产生物柴油符合标准且成本较低。

不过，油用萝卜也有自身的问题。与其他春季芸苔属油料作物一样，它对氮（N）需求高且氮肥利用效率（NFUE）低。氮肥是农业生物质生产中能源消耗最大的投入，提高 NFUE 对减少能源投入至关重要。研究发现，硫（S）能增强 N 代谢，将 S 与 N 联合施肥或许能改善这一状况。但此前，油用萝卜种植的能量平衡，包括种子的能源输出（EO）和生产技术相关的能源输入（EI），尚未得到深入研究。

为填补这一知识空白，波兰奥尔什丁瓦尔米亚 - 马祖里大学农业与林业学院的研究人员 Krzysztof Józef Jankowski 和 Artur Szatkowski 开展了相关研究。研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了一系列关键技术方法。在波兰东北部的农业实验站进行了田间试验，设置了 5 种氮施肥量（0、30、60、90 和 120 kg N ha^-1）和 3 种硫施肥量（0、15、30 kg S ha^-1）。通过直接测量柴油消耗、劳动力、农业机械性能等，确定能源输入。利用烘干法测定种子和秸秆的干物质产量，用热量计测定其更高热值（HHV），并计算更低热值（LHV）以确定能源输出。通过重复测量方差分析（ANOVA）等统计方法处理数据。

下面来看看具体的研究结果：

1. 能源输入：不施氮时，油用萝卜种植的能源需求为 6.8 - 7.1 GJ ha^-1。随着氮施肥量增加，EI 显著上升，120 kg N ha^-1时 EI 达到 16.2 - 16.5 GJ ha^-1。施硫使 EI 增加 1 - 4%。矿物施肥是能源消耗最大的操作，占总 EI 的 28 - 70%。
2. 生物质和能源产量（能源输出）：种子产量在 120 kg N ha^-1和 15 kg S ha^-1时达到峰值，为 1.01 Mg ha^-1 DM；秸秆产量在 30 kg N ha^-1和 15 kg S ha^-1时最高，为 9.25 Mg ha^-1 DM 。种子的 EO 在 60 kg N ha^-1和 15 kg S ha^-1时最高，为 27.7 GJ ha^-1；总生物质（秸秆和种子）的 EO 在 30 kg N ha^-1和 15 kg S ha^-1时达到峰值，为 164.4 GJ ha^-1。
3. 能量增益和能量效率比：能量增益（EG）在种子生产中为 10.6 - 16.7 GJ ha^-1，在总生物质生产中为 117.6 - 155.0 GJ ha^-1，均在 30 kg N ha^-1和 15 kg S ha^-1时达到峰值。种子的能量效率比（EER）范围为 1.68 - 3.43，在 15 kg S ha^-1（不施氮）时最高；总生物质的 EER 在不施氮和硫时最高。施氮会降低种子和总生物质的 EER，施硫能减少这种降低幅度。

研究结论和讨论部分表明，油用萝卜种植的能源需求受氮和硫施肥影响显著。在大型农场，不施氮仅施 15 kg S ha^-1可提高种子的 EER；在小型农场，30 kg N ha^-1和 15 kg S ha^-1的施肥组合能最大化单位面积的 EG。未来研究应在不同气候和土壤条件下进一步分析油用萝卜的能量潜力，综合考虑氮硫施肥对环境的影响以及经济因素，以评估其在生物燃料市场的实际应用潜力。这项研究为油用萝卜的种植和生物燃料生产提供了重要的理论依据和实践指导，有助于推动生物燃料产业的可持续发展。