Published May 1, 2024
| Version v1
Publication
Open
Exploring management strategies to improve yields and reduce reactive nitrogen emissions in a summer maize‐winter wheat cropping system under long‐term climate variability
- 1. Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences
- 2. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning
- 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences
Description
Abstract Achieving high stable crop yields and minimal environmental damage is crucial to enhance the sustainability of agriculture in China. Process‐based models are indispensable tools to develop agronomy management practices to achieve sustainable agriculture by simulating crop production and emissions of reactive nitrogen (N), particularly in complex climate scenarios. In this study, a long‐term field experiment with an intensive summer maize‐winter wheat rotation system in north‐central China was simulated using the DeNitrification‐DeComposition (DNDC) model. The DNDC model validation and calibration was done by using two‐year monitoring data of crop yields and nitrous oxide emission fluxes and ammonia volatilization. Moreover, the optimal management practices to promote crop production and reduce the reactive N loss under 22 years of climate variability were explored using the calibrated DNDC model in this region. The results showed that the DNDC model effectively simulated wheat and maize yields, N uptake, ammonia volatilization, and nitrous oxide emissions. Sensitivity analyses demonstrated that the agronomic management practices (N rates and ratio of base to topdressing, planting time, and tillage depth) substantially affected crop yields and reactive N losses under long‐term climate variability. Compared with current farming practices, optimal Nutrient Expert (NE) management achieved an increase in high yields and environmental pollution radiation by altering the rate of N application and ratio of base to topdressing. Moreover, the optimal management strategies developed by the DNDC model, such as adjusting the planting date and tillage depth, further increased the average grain yield by 2.9% and reduced the average reactive N losses by 10.5% compared with the NE management implemented in the annual rotation cropping with a 22‐year simulation. This study suggests that the modeling method facilitates the development of most effective agronomic management practices to promote crop production and alleviate the negative impact on environment.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص إن تحقيق غلة محاصيل مستقرة عالية والحد الأدنى من الأضرار البيئية أمر بالغ الأهمية لتعزيز استدامة الزراعة في الصين. تعد النماذج القائمةعلى العمليات أدوات لا غنى عنها لتطوير ممارسات الإدارة الزراعية لتحقيق الزراعة المستدامة من خلال محاكاة إنتاج المحاصيل وانبعاثات النيتروجين التفاعلي، لا سيما في السيناريوهات المناخية المعقدة. في هذه الدراسة، تمت محاكاة تجربة ميدانية طويلةالأجل مع نظام دوران مكثف للذرة الصيفية والقمح الشتوي في شمال وسط الصين باستخدام نموذج إزالة النترجة وإزالة التركيب (DNDC). تم التحقق من صحة نموذج DNDC ومعايرته باستخدام بيانات الرصد لمدة عامين لمحاصيل المحاصيل وتدفق انبعاثات أكسيد النيتروز وتطاير الأمونيا. علاوة على ذلك، تم استكشاف ممارسات الإدارة المثلى لتعزيز إنتاج المحاصيل وتقليل فقدان النيتروجين التفاعلي تحت 22 عامًا من التقلبات المناخية باستخدام نموذج DNDC المعاير في هذه المنطقة. أظهرت النتائج أن نموذج DNDC يحاكي بشكل فعال غلة القمح والذرة، وامتصاص النيتروجين، وتطاير الأمونيا، وانبعاثات أكسيد النيتروز. أظهرت تحليلات الحساسية أن ممارسات الإدارة الزراعية (معدلات N ونسبة القاعدة إلى الطبقة العلوية ووقت الزراعة وعمق الحراثة) أثرت بشكل كبير على غلة المحاصيل وخسائر N التفاعلية في ظل تقلب المناخ على المدىالطويل. بالمقارنة مع الممارسات الزراعية الحالية، حققت الإدارة المثلى لخبير المغذيات (NE) زيادة في الغلة العالية وإشعاع التلوث البيئي من خلال تغيير معدل تطبيق N ونسبة الأساس إلى الطبقة العلوية. علاوة على ذلك، أدت استراتيجيات الإدارة المثلى التي طورها نموذج DNDC، مثل تعديل تاريخ الزراعة وعمق الحراثة، إلى زيادة متوسط محصول الحبوب بنسبة 2.9 ٪ وخفض متوسط خسائر N المتفاعلة بنسبة 10.5 ٪ مقارنة بإدارة NE المنفذة في زراعة المحاصيل الدورية السنوية بمحاكاة مدتها 22 عامًا. تشير هذه الدراسة إلى أن طريقة النمذجة تسهل تطوير ممارسات الإدارة الزراعية الأكثر فعالية لتعزيز إنتاج المحاصيل وتخفيف التأثير السلبي على البيئة.Translated Description (French)
Résumé Atteindre des rendements agricoles élevés et stables et des dommages environnementaux minimaux est crucial pour améliorer la durabilité de l'agriculture en Chine. Les modèles baséssur les processus sont des outils indispensables pour développer des pratiques de gestion de l'agronomie afin de parvenir à une agriculture durable en simulant la production végétale et les émissions d'azote réactif (N), en particulier dans les scénarios climatiques complexes. Dans cette étude, une expérience de terrain à longterme avec un système de rotation intensive du maïs d'été et du blé d'hiver dans le centre-nordde la Chine a été simulée à l'aide du modèle de dénitrification-décomposition (DNDC). La validation et l'étalonnage du modèle DNDC ont été effectués en utilisant des données de surveillance sur deux ans des rendements des cultures, des flux d'émission d'oxyde nitreux et de la volatilisation de l'ammoniac. De plus, les pratiques de gestion optimales pour promouvoir la production végétale et réduire la perte d'azote réactif sous 22 ans de variabilité climatique ont été explorées à l'aide du modèle DNDC calibré dans cette région. Les résultats ont montré que le modèle DNDC simulait efficacement les rendements en blé et en maïs, l'absorption d'azote, la volatilisation de l'ammoniac et les émissions d'oxyde nitreux. Les analyses de sensibilité ont démontré que les pratiques de gestion agronomique (taux d'azote et rapport base/épandage, temps de plantation et profondeur du travail du sol) affectaient considérablement les rendements des cultures et les pertes d'azote réactif dans des conditions de variabilité climatique à longterme. Par rapport aux pratiques agricoles actuelles, la gestion optimale des experts en nutriments (NE) a permis d'augmenter les rendements élevés et le rayonnement de la pollution de l'environnement en modifiant le taux d'application de l'azote et le rapport entre l'adressage de base et l'adressage supérieur. En outre, les stratégies de gestion optimales développées par le modèle DNDC, telles que l'ajustement de la date de plantation et de la profondeur de travail du sol, ont encore augmenté le rendement céréalier moyen de 2,9% et réduit les pertes moyennes d'azote réactif de 10,5% par rapport à la gestion NE mise en œuvre dans la culture de rotation annuelle avec une simulation sur 22 ans. Cette étude suggère que la méthode de modélisation facilite le développement des pratiques de gestion agronomique les plus efficaces pour promouvoir la production végétale et atténuer l'impact négatif sur l'environnement.Translated Description (Spanish)
Resumen Lograr altos rendimientos de cultivos estables y un daño ambiental mínimo es crucial para mejorar la sostenibilidad de la agricultura en China. Los modelos basadosen procesos son herramientas indispensables para desarrollar prácticas de gestión agronómica para lograr una agricultura sostenible mediante la simulación de la producción de cultivos y las emisiones de nitrógeno reactivo (N), particularmente en escenarios climáticos complejos. En este estudio, se simuló un experimento de campo a largoplazo con un sistema intensivo de rotación de maíz de verano-trigo de invierno en el centro-norte de China utilizando el modelo de desnitrificación-descomposición (DNDC). La validación y calibración del modelo DNDC se realizó utilizando datos de monitoreo de dos años de rendimientos de cultivos y flujos de emisión de óxido nitroso y volatilización de amoníaco. Además, se exploraron las prácticas de manejo óptimas para promover la producción de cultivos y reducir la pérdida de N reactivo en 22 años de variabilidad climática utilizando el modelo DNDC calibrado en esta región. Los resultados mostraron que el modelo DNDC simuló efectivamente los rendimientos de trigo y maíz, la absorción de N, la volatilización del amoníaco y las emisiones de óxido nitroso. Los análisis de sensibilidad demostraron que las prácticas de manejo agronómico (tasas de N y proporción de base a revestimiento superior, tiempo de siembra y profundidad de labranza) afectaron sustancialmente los rendimientos de los cultivos y las pérdidas de N reactivo bajo la variabilidad climática a largoplazo. En comparación con las prácticas agrícolas actuales, la gestión óptima de Nutrient Expert (NE) logró un aumento en los altos rendimientos y la radiación de contaminación ambiental al alterar la tasa de aplicación de N y la relación entre la base y el revestimiento superior. Además, las estrategias de gestión óptimas desarrolladas por el modelo DNDC, como el ajuste de la fecha de siembra y la profundidad de labranza, aumentaron aún más el rendimiento medio de grano en un 2,9% y redujeron las pérdidas medias de N reactivo en un 10,5% en comparación con la gestión de NE implementada en el cultivo de rotación anual con una simulación de 22 años. Este estudio sugiere que el método de modelado facilita el desarrollo de prácticas de manejo agronómico más efectivas para promover la producción de cultivos y aliviar el impacto negativo en el medio ambiente.Files
fes3.546.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6754ead00233a490fcedf1b7fa57582f
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استكشاف استراتيجيات الإدارة لتحسين الغلة وتقليل انبعاثات النيتروجين التفاعلية في نظام زراعة القمح الصيفي والشتوي في ظل تقلب المناخ على المدىالطويل
- Translated title (French)
- Explorer des stratégies de gestion pour améliorer les rendements et réduire les émissions d'azote réactif dans un système de culture de maïsd'été et de blé d'hiver dans des conditions de variabilité climatique à longterme
- Translated title (Spanish)
- Exploración de estrategias de gestión para mejorar los rendimientos y reducir las emisiones reactivas de nitrógeno en un sistema de cultivo de maíz de verano-trigo de invierno bajo variabilidad climática a largoplazo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4396972588
- DOI
- 10.1002/fes3.546
References
- https://openalex.org/W1535778627
- https://openalex.org/W1588537812
- https://openalex.org/W1974792412
- https://openalex.org/W1984236117
- https://openalex.org/W1984671422
- https://openalex.org/W1989757688
- https://openalex.org/W1999167944
- https://openalex.org/W2017150164
- https://openalex.org/W2022702105
- https://openalex.org/W2033795094
- https://openalex.org/W2036538049
- https://openalex.org/W2040199169
- https://openalex.org/W2042122216
- https://openalex.org/W2061187596
- https://openalex.org/W2068559602
- https://openalex.org/W2074444609
- https://openalex.org/W2088930529
- https://openalex.org/W2094298919
- https://openalex.org/W2094507162
- https://openalex.org/W2118885226
- https://openalex.org/W2157319615
- https://openalex.org/W2158883105
- https://openalex.org/W2159688127
- https://openalex.org/W2371970791
- https://openalex.org/W2467070612
- https://openalex.org/W2523500409
- https://openalex.org/W2558503135
- https://openalex.org/W2565802949
- https://openalex.org/W2604829425
- https://openalex.org/W2773376345
- https://openalex.org/W2790542267
- https://openalex.org/W2792901017
- https://openalex.org/W2800719853
- https://openalex.org/W2885121964
- https://openalex.org/W2890490759
- https://openalex.org/W2914010866
- https://openalex.org/W2922353076
- https://openalex.org/W2939292197
- https://openalex.org/W2954386789
- https://openalex.org/W2957302033
- https://openalex.org/W2972835359
- https://openalex.org/W2989960668
- https://openalex.org/W3005793216
- https://openalex.org/W3016529065
- https://openalex.org/W3092952794
- https://openalex.org/W3093303272
- https://openalex.org/W3156659031
- https://openalex.org/W3177347302
- https://openalex.org/W3209022784
- https://openalex.org/W3215121261
- https://openalex.org/W4245256963
- https://openalex.org/W4280489469
- https://openalex.org/W4291676341
- https://openalex.org/W4306809810
- https://openalex.org/W4323050972