來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)  作者：李晨
在長(zhǎng)達(dá)8000多年的有機(jī)肥使用歷史中，人們經(jīng)常忽略了有機(jī)肥也應(yīng)當(dāng)分門別類，并根據(jù)作物需要和土壤條件進(jìn)行精準(zhǔn)施用。9月5日，《自然—食品》（Nature Food）在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院、國(guó)家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展學(xué)院教授張衛(wèi)峰團(tuán)隊(duì)的研究成果。他們呼吁有機(jī)肥及技術(shù)應(yīng)當(dāng)場(chǎng)景化精準(zhǔn)施用，揭示了這種精準(zhǔn)施用對(duì)于協(xié)同實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)、土壤固碳和環(huán)境減排的重要作用，并制定了一套可供全球參考的有機(jī)肥精準(zhǔn)施用策略。

有機(jī)肥是個(gè)“多面手”

人類使用有機(jī)肥的歷史悠久，有機(jī)肥的種類更是多種多樣。論文通訊作者張衛(wèi)峰介紹，傳統(tǒng)有機(jī)肥主要采用堆漚方式，把廢棄物（如豆粕、塘泥、畜禽糞便等）堆砌起來(lái)使之腐熟和無(wú)害化。“至于不同原料腐熟之后形成的有機(jī)肥到底有什么不同，應(yīng)該用在什么地方，人們似乎都不太關(guān)注?！睆埿l(wèi)峰在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。然而近代以來(lái)，有機(jī)肥的原料構(gòu)成和加工技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化。例如，以豬糞為原料的有機(jī)肥，由于豬飼料從剩飯豬草變成了精細(xì)化的加工飼料，豬糞成分發(fā)生了變化，用其制作的有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)成分含量上升。論文第一作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生趙帥翔告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，由于全球養(yǎng)殖業(yè)集約化發(fā)展，飼料添加劑的使用，攝入鹽分的變化，動(dòng)物糞尿性質(zhì)發(fā)生了顯著變化，最終也會(huì)在有機(jī)肥產(chǎn)品特性上有所呈現(xiàn)?！叭绻麑?duì)原料的特性沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)，就無(wú)法對(duì)其科學(xué)施用，可能會(huì)帶來(lái)一系列土壤、作物和環(huán)境的影響?！壁w帥翔說(shuō)。此外，由于農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的迫切需求，對(duì)有機(jī)肥的施用也提出了更多挑戰(zhàn)。張衛(wèi)峰說(shuō)，除了為作物提供養(yǎng)分，有機(jī)肥還承載著增產(chǎn)增效，培肥減排等功能。張衛(wèi)峰解釋道，有機(jī)肥中大約30%是有機(jī)質(zhì)，而有機(jī)質(zhì)是土壤培肥的重要物質(zhì)來(lái)源；有機(jī)肥施用后能提高土壤保水保肥能力，從而減少化肥投入。“在所有培肥地力的措施里，正確施用有機(jī)肥的效果是最好的?！睆埿l(wèi)峰說(shuō)。與此同時(shí)，有機(jī)質(zhì)的還田，也是碳的固定過(guò)程。它不僅直接將有機(jī)質(zhì)中的碳儲(chǔ)存在土壤中，而且通過(guò)促進(jìn)作物生長(zhǎng)，通過(guò)壯大根系帶入更多碳，或者通過(guò)豐富微生物群體，為固碳提供更多機(jī)會(huì)。由于施用有機(jī)肥減少了化肥的投入，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了環(huán)境減排。盡管有機(jī)肥是一個(gè)多元多功能的綜合體，新時(shí)代的有機(jī)肥需要發(fā)揮多種功能?！暗鎸?duì)不斷變化的多樣化的全球作物生產(chǎn)體系，有機(jī)肥在實(shí)際應(yīng)用中常被看作一種通用性產(chǎn)品，沒(méi)有根據(jù)特定的土壤作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)、甄選和區(qū)別施用，制約了肥效潛力的發(fā)揮?！睆埿l(wèi)峰說(shuō)，人們至今尚未建立因地制宜的施用方法體系。

因地制宜施用有機(jī)肥

面對(duì)新時(shí)代的需求，古老的有機(jī)肥能否滿足、又該如何滿足？這是值得研究的問(wèn)題?！笆紫纫袛?shù)據(jù)支撐?！壁w帥翔說(shuō)，他們花了三年時(shí)間構(gòu)建了目前全球最新、最大的堆肥產(chǎn)品效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)。該團(tuán)隊(duì)從全球范圍內(nèi)發(fā)表的257篇論文中提取了大約2000多個(gè)數(shù)據(jù)，涉及3個(gè)方面11個(gè)關(guān)鍵因子：堆肥特性（碳氮比、碳磷比、pH值、可溶性鹽的濃度）、氮素管理（用量）和作物生長(zhǎng)環(huán)境（作物類型、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)碳、pH值、溫度、降雨量）?！巴ㄟ^(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，量化評(píng)價(jià)了有機(jī)肥施用的增產(chǎn)、固碳和減排綜合效益，并利用梯度提升回歸模型（GBRT）定量挖掘了相關(guān)影響因子的貢獻(xiàn)大小”趙帥翔解釋說(shuō)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，11個(gè)關(guān)鍵因素決定了80%的有機(jī)肥效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)建立了有機(jī)肥因地制宜的選用機(jī)制。例如，有機(jī)肥在酸性土壤、偏沙質(zhì)地、干燥氣候、偏高氣溫等條件下能夠發(fā)揮比較好的效應(yīng)；在低碳水平的土壤適宜匹配碳氮比和碳磷比較低的有機(jī)肥，而高碳水平土壤適宜匹配碳氮比和碳磷比較高的有機(jī)肥?；谶@些最新認(rèn)識(shí)，該研究提出了將堆肥產(chǎn)品和技術(shù)與作物生長(zhǎng)環(huán)境相匹配的精確施用策略（Precision Compost Strategy，PCS），并概述了該策略的關(guān)鍵步驟：診斷當(dāng)?shù)厣锃h(huán)境條件障礙因子；設(shè)計(jì)和生產(chǎn)滿足當(dāng)?shù)刈魑铩寥馈獨(dú)夂驐l件需求的專用產(chǎn)品；配合碳素和多種養(yǎng)分元素（N、P以及其他必要和有益營(yíng)養(yǎng)成分）的最佳綜合管理技術(shù)?！坝袡C(jī)肥不精準(zhǔn)施用導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)提升效果差的問(wèn)題，在全球都被忽略了。全球土壤有機(jī)質(zhì)在過(guò)去多年以來(lái)幾乎沒(méi)有大范圍增長(zhǎng)，即使歐美國(guó)家常年普遍施用有機(jī)肥?！睆埿l(wèi)峰說(shuō)，他們利用隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)算法（RF）首次預(yù)測(cè)并刻畫了有機(jī)肥精確施用策略對(duì)主要糧食增產(chǎn)和農(nóng)田耕層固碳的全球模式及潛力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果采用有機(jī)肥精準(zhǔn)施用策略，全球主要糧食作物（水稻、玉米、小麥和大麥）的產(chǎn)量可提高4%（9630萬(wàn)噸）；同時(shí)可讓土壤固碳量提高大約26%（195億噸碳當(dāng)量）?！拔磥?lái)20~30年如果全球有機(jī)肥能夠更為精準(zhǔn)的施用，是完全有可能實(shí)現(xiàn)的?！壁w帥翔強(qiáng)調(diào)。論文審稿人指出，總的來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)非常出色的工作，是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的非常好的總結(jié)。此外，該研究很好地證明了有機(jī)肥的施用效果與應(yīng)用場(chǎng)景、產(chǎn)品和技術(shù)的密切配合至關(guān)重要。另一位審稿人認(rèn)為，就主題而言，這項(xiàng)工作與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)，因?yàn)樗峁┝藢?duì)當(dāng)前有機(jī)肥使用知識(shí)的系統(tǒng)評(píng)估，以及如何在全球范圍內(nèi)優(yōu)化有機(jī)肥使用以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的多目標(biāo)協(xié)同。

社會(huì)體系如何推動(dòng)有機(jī)肥精準(zhǔn)施用

張衛(wèi)峰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，為了驗(yàn)證這一策略，該團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)多地開(kāi)展了實(shí)踐。在上海市崇明島，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的柑桔“紅美人”。但由于崇明島位于長(zhǎng)江入海口，水中的鹽分較高，用河水或地下水澆灌種植影響了柑桔品質(zhì)?！拔覀兘ㄗh他們施用鹽分含量較低的蚯蚓糞有機(jī)肥，同時(shí)收集雨水灌溉，從而取代河水和地下水?！苯?jīng)過(guò)有機(jī)肥降鹽處理，柑桔品質(zhì)大大提高。在廣西南寧金穗香蕉園，土壤酸化對(duì)香蕉生長(zhǎng)不利，施用堿性的有機(jī)肥成為改良土壤最好的辦法；而在河西走廊的鹽堿地上，為了降低土壤pH值，施用酸性有機(jī)肥取得了非常好的成效。上述實(shí)踐取得了明顯的效應(yīng)。然而，“過(guò)去有些地方施用了有機(jī)肥但并沒(méi)有增加土壤固碳量，這就是因?yàn)橛袡C(jī)肥沒(méi)選對(duì)?！睆埿l(wèi)峰說(shuō)，有了這套精確施用策略，施用有機(jī)肥就可以做到因地制宜。然而，要想大面積推廣這一策略，利用有機(jī)肥實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、固碳和減排的綜合目標(biāo)，在張衛(wèi)峰看來(lái)則既是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，也是一個(gè)社會(huì)體系推動(dòng)的問(wèn)題。當(dāng)張衛(wèi)峰把他們對(duì)有機(jī)肥產(chǎn)品的設(shè)計(jì)拿給一些企業(yè)看的時(shí)候，企業(yè)家的回答讓他感到制定和推行相關(guān)政策的重要性：“我就從來(lái)沒(méi)有按照你說(shuō)的要求生產(chǎn)過(guò)這種有機(jī)肥?！薄拔覀冎袊?guó)尤其需要這套精準(zhǔn)使用策略，因?yàn)槲覈?guó)正在大力推動(dòng)有機(jī)肥還田，從原料種類到工藝過(guò)程，再到產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都要往更精準(zhǔn)的方向走?！睆埿l(wèi)峰說(shuō)，如果不精準(zhǔn)，就會(huì)花費(fèi)了很大的成本把廢棄物轉(zhuǎn)變成有機(jī)肥，再施用到農(nóng)田中，卻沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有作用。張衛(wèi)峰建議，應(yīng)該改變對(duì)有機(jī)肥一刀切的管理局面，而根據(jù)不同有機(jī)肥的性質(zhì)和效應(yīng)實(shí)行分類管理，引導(dǎo)企業(yè)創(chuàng)制不同功能的有機(jī)肥，這是保障有機(jī)肥支撐農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的重要舉措。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s43016-022-00584-x   （可點(diǎn)擊文末“閱讀原文”打開(kāi)）來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)  作者：李晨