农科院区划所何萍研究员：利用观测验证的养分推荐方法确保中国未来农业的可持续性
文章标题：Ensuring further agricultural sustainability in China utilizing an observationally validated nutrient recommendation approach
发表期刊：European Journal of Agronomy
发表时间：2021
第一作者：何萍研究员
第一单位：中国农科院资源区划所
化肥使作物生产发生了革命性的变化，但缺乏基于证据的化肥使用已经导致了负面的经济和环境影响，特别是对小农来说。本研究旨在开发一种创新的养分推荐方法--养分专家(NE)，以提高玉米、小麦和水稻的产量，同时通过采用4R(以正确的速度、时间和地点施用正确的营养源)养分管理技术来优化肥料投入，并评估种植制度对作物生产力和环境影响的规模化表现。为此，我们通过1,534个田间试验，将NE与现行的农民习惯施肥(FP)和测土施肥(ST)进行了比较，以验证NE在中国粮食主产区的作物生产力和环境保护方面的效益。总体而言，NE处理的籽粒产量比常规处理高4.4%，收益比常规处理高5.8%，水稻产量高于常规处理，但玉米和小麦的产量与常规处理无显著差异。养分专家施肥量分别比FP和ST少29.0%和14.7%。NE建议将1534个地点的氮(N)回收率提高了10.8-13.4个百分点，比FP高出10.8-13.4个百分点。采用NE方法后，反应氮损失和温室气体(GHG)排放量分别比FP减少36.2%和21.5%，比ST减少16.0%和9.9%。NE作为一种用户友好的工具，广泛适用于不同的农场类型和气候区域。这对我国氮肥不适宜和经常过量施用的小农产区提高肥料利用效率，维护粮食战略安全具有重要意义。这一方法可能会被推广，以帮助减少全球其他地区的氮损失和温室气体排放。
图形概要
图1. 营养专家决策支持工具的概念框架。
图2. 养分专家(NE)、现行农作措施(FP)和土壤测试(ST)对农艺和经济的影响。(A)玉米(n=752)、小麦(n=391)和水稻(n=391)的氮素利用效率参数(AEn，氮素农艺效率；PFPn，氮素偏因子生产率；REN，氮素回收率)和植株N(地上干物质吸氮量)，(A)玉米(n=752)、小麦(n=391)和水稻(n=391)的氮素利用效率参数(AEN，氮素农艺效率；PFPN，氮素偏生产力；REN，氮素回收效率)和植株N(地上干物质吸氮量)。
表1. 在当前农田措施(FP)、土壤测试(ST)和养分专家(NE)的基础上，研究了玉米(春玉米和夏玉米)、小麦(中北部和长江中游地区)和水稻(单季、早稻、中稻和晚稻)的施肥量、粮食产量、盈利能力、植株氮素吸收和氮素效率。
图3.营养专家(NE)对玉米、小麦和水稻的反应氮损失(A)和温室气体(GHG)排放量(B)与当前耕作措施(FP)和土壤测试(ST)的比较。相对氮素损失包括N2O排放、NH3挥发、NO3-N淋失和氮肥施用径流。温室气体排放包括氮肥施用产生的CO2当量-N2O直接排放和(水稻)CH4排放，以及化肥生产和运输(氮、磷、钾肥)产生的CO2间接排放。
图4.营养专家(NE)的玉米(春(n=314)和夏玉米(n=438))、小麦(北卡罗来纳州，中北部(n=341)；YR，长江河段(n=50))和水稻(单季(n=115)、早稻(n=89)、中稻(n=98)和晚稻(n=89))的反应氮损失(A)和温室气体(GHG)排放量(B)与目前的耕作措施(FP)和土壤测试(ST)相比。相对氮素损失包括N2O排放、NH3挥发、NO3-N淋失和氮肥施用径流。温室气体排放包括氮肥施用产生的CO2当量-N2O直接排放和(水稻)CH4排放，以及化肥生产和运输(氮、磷、钾肥)产生的CO2间接排放。
图5.养分专家(NE)预测的农学、经济和环境影响(NE)与目前的农场措施(FP)和土壤测试(ST)进行比较。(A)谷物产量和利润率，(B)氮肥施用量，以及基于受试玉米、小麦和水稻生产面积的反应氮损失(Nr损失)和二氧化碳当量排放。北卡罗来纳州是中北部，YR是长江流域。