有機(jī)肥可以“因地”施肥

在8000多年的有機(jī)肥使用史上，人們常常忽視有機(jī)肥也應(yīng)根據(jù)作物的需要和土壤條件進(jìn)行分類和準(zhǔn)確施用。

9月5日，（NatureFood）中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授、國(guó)家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展學(xué)院教授張偉峰的研究成果在網(wǎng)上公布。他們呼吁有機(jī)肥料和技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確應(yīng)用，揭示了這種準(zhǔn)確應(yīng)用在協(xié)調(diào)作物生產(chǎn)、土壤碳固化和環(huán)境減排方面的重要作用，并制定了一套準(zhǔn)確的有機(jī)肥料應(yīng)用策略，供全球參考。

有機(jī)肥是個(gè)“多面手”

有機(jī)肥的使用歷史悠久，有機(jī)肥種類繁多。論文通訊作者張偉峰介紹，傳統(tǒng)的有機(jī)肥主要是堆肥，堆放廢棄物(如豆粕、池塘泥、畜禽糞等)。)，使其腐爛無(wú)害。“人們似乎不太注意不同原料腐爛后形成的有機(jī)肥有什么區(qū)別，應(yīng)該在哪里使用。”張衛(wèi)峰在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

然而，自現(xiàn)代以來(lái)，有機(jī)肥料的原料組成和加工技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。例如，以豬糞為原料的有機(jī)肥料，由于豬飼料從剩菜到精細(xì)加工飼料，豬糞成分發(fā)生了變化，有機(jī)肥的營(yíng)養(yǎng)含量增加。

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)》，由于全球水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的密集發(fā)展、飼料添加劑的使用和鹽攝入量的變化，動(dòng)物糞便和尿液的性質(zhì)發(fā)生了顯著變化，最終將呈現(xiàn)有機(jī)肥產(chǎn)品的特點(diǎn)。

“若不完全了解原料的特性，就不能科學(xué)運(yùn)用，可能會(huì)對(duì)土壤、作物和環(huán)境產(chǎn)生一系列影響。”趙帥翔說(shuō)。

此外，由于農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的迫切需要，有機(jī)肥的應(yīng)用也面臨著更多的挑戰(zhàn)。張偉峰說(shuō)，除了為作物提供營(yíng)養(yǎng)外，有機(jī)肥還具有提高產(chǎn)量和效率、培養(yǎng)和減排的功能。

張偉峰解釋說(shuō)，約30%的有機(jī)肥是有機(jī)質(zhì)，是土壤栽培的重要物質(zhì)來(lái)源；有機(jī)肥施用后，可以提高土壤保水保肥能力，減少化肥投入。“有機(jī)肥的正確地力措施中，正確施用有機(jī)肥是最好的。”張衛(wèi)峰說(shuō)。

同時(shí)，有機(jī)回歸也是碳的固定過(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)增加根系或豐富微生物群來(lái)促進(jìn)作物生長(zhǎng)，為固體碳提供更多的機(jī)會(huì)。

施用有機(jī)肥不僅減少了化肥的投入，而且實(shí)現(xiàn)了環(huán)境減排。

雖然有機(jī)肥是一種多功能綜合體，但是新時(shí)代的有機(jī)肥需要多種功能。“然而，面對(duì)不斷變化的全球作物生產(chǎn)系統(tǒng)，有機(jī)肥在實(shí)際應(yīng)用中往往被視為一般產(chǎn)品，肥料的效率潛力沒有根據(jù)特定的土壤作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)、選擇和差異化應(yīng)用。”張衛(wèi)峰說(shuō)，到目前為止，人們還沒有因地制宜地建立施用方法體系。

因地制宜地施用有機(jī)肥

古代有機(jī)肥能否滿足新時(shí)代的需要，如何滿足？這是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

“首先要有數(shù)據(jù)支持。”趙帥翔說(shuō)，他們花了三年時(shí)間建立了世界上最新、最大的堆肥產(chǎn)品效果數(shù)據(jù)庫(kù)。該團(tuán)隊(duì)從全球發(fā)表的257篇論文中提取了約2000份數(shù)據(jù)，涉及堆肥特性(碳氮比、碳磷比、，pH氮?dú)夤芾?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)。

“通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的綜合分析，對(duì)有機(jī)肥施用的增產(chǎn)、固碳、減排等綜合效益進(jìn)行了量化評(píng)價(jià)，并采用梯度提升回歸模型（GBRT）定量挖掘相關(guān)影響因素的貢獻(xiàn)”趙解釋說(shuō)，80%的有機(jī)肥效應(yīng)是由11個(gè)關(guān)鍵因素決定的。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r建立了有機(jī)肥料的選擇機(jī)制。例如，有機(jī)肥在酸性土壤、砂質(zhì)地、干燥氣候和高溫條件下具有良好的效果；低碳水平土壤適用于低碳氮和低碳磷，高碳水平土壤適用于高碳氮和高碳磷。

基于這些最新的理解，本研究提出了準(zhǔn)確應(yīng)用與作物生長(zhǎng)環(huán)境相匹配的堆肥產(chǎn)品和技術(shù)的策略（PrecisionCompostStrategy，PCS），并總結(jié)了該策略的關(guān)鍵步驟：診斷當(dāng)?shù)厣锃h(huán)境障礙；設(shè)計(jì)和生產(chǎn)滿足當(dāng)?shù)刈魑?土壤-氣候需求的特殊產(chǎn)品；碳和各種營(yíng)養(yǎng)元素（N，P最好的綜合管理技術(shù)，以及其他必要和有益的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

“世界各地都忽視了有機(jī)肥施用不準(zhǔn)確導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)改善效果差的問(wèn)題。盡管有機(jī)肥在歐美國(guó)家全年廣泛使用，但近年來(lái)全球土壤有機(jī)質(zhì)幾乎沒有大規(guī)模增長(zhǎng)。”張說(shuō)，他們使用隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)算法（RF）首次預(yù)測(cè)和描述了主要糧食增產(chǎn)和農(nóng)田耕層固碳的全球模式和潛力。

結(jié)果表明，如果采取精確施用有機(jī)肥的策略，世界主要糧食作物(水稻、玉米、小麥、大麥)產(chǎn)量可增加4%(9630萬(wàn)噸)；同時(shí)，土壤固體碳含量可增加26%左右(碳當(dāng)量195億噸)。“如果在未來(lái)20~30年內(nèi)能夠更準(zhǔn)確地施用全球有機(jī)肥，則完全有可能實(shí)現(xiàn)。”趙帥翔強(qiáng)調(diào)。

論文審稿人指出，總的來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)非常優(yōu)秀的工作，也是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)很好的總結(jié)。此外，本研究證明了有機(jī)肥的應(yīng)用效果和應(yīng)用場(chǎng)景，產(chǎn)品與技術(shù)的密切合作非常重要。

另一位審稿人認(rèn)為，就主題而言，這項(xiàng)工作與農(nóng)業(yè)的可持續(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，以及如何優(yōu)化全球有機(jī)肥使用，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的多目標(biāo)協(xié)調(diào)。

如何促進(jìn)社會(huì)制度中有機(jī)肥的精準(zhǔn)施用？

在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)，張衛(wèi)峰表示，該團(tuán)隊(duì)在中國(guó)許多地方進(jìn)行了實(shí)踐，以驗(yàn)證這一戰(zhàn)略。

在上海崇明島，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民種植具有高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的柑橘“紅美人”。但由于崇明島位于長(zhǎng)江入口處，水中鹽分含量較高，影響柑橘品質(zhì)的河流或地下水灌溉種植。“建議在收集雨水灌溉的同時(shí)，施用含鹽量低的蚯蚓糞有機(jī)肥，代替河水和地下水。”有機(jī)肥減鹽后，柑橘品質(zhì)大大提高。

在廣西南寧金穗香蕉園，土壤酸化不利于香蕉的生長(zhǎng)。堿性有機(jī)肥的施用已成為改善土壤的最佳途徑；在河西走廊的鹽堿地，為了減少土壤pH施用酸性有機(jī)肥取得了良好的效果。

上述實(shí)踐效果明顯。“過(guò)去有些地方施用有機(jī)肥，但土壤固體碳含量并沒有增加，這是因?yàn)橛袡C(jī)肥沒有選對(duì)。”有了這種精確的施用策略，張衛(wèi)峰說(shuō)，施用有機(jī)肥可以因地制宜。

不過(guò)，張衛(wèi)峰認(rèn)為，利用有機(jī)肥實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、固碳、減排的綜合目標(biāo)，不僅是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，也是一個(gè)促進(jìn)社會(huì)制度的問(wèn)題。

當(dāng)張偉峰向一些企業(yè)展示他們對(duì)有機(jī)肥產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，企業(yè)家的回答讓他覺得制定和實(shí)施相關(guān)政策的重要性：“這種有機(jī)肥我從來(lái)沒有按照你說(shuō)的要求生產(chǎn)過(guò)。”

“中國(guó)特別需要這種精確的使用策略，因?yàn)橹袊?guó)正在大力推動(dòng)有機(jī)肥料的回歸，從原材料類型到工藝，再到產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都應(yīng)該朝著更準(zhǔn)確的方向發(fā)展。”張偉峰說(shuō)，如果不準(zhǔn)確，將廢物轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料將花費(fèi)大量成本，然后應(yīng)用于農(nóng)田，但沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。

張偉峰建議改變有機(jī)肥的一刀切管理，根據(jù)不同有機(jī)肥的性質(zhì)和效果進(jìn)行分類管理，是確保有機(jī)肥支持農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的重要措施。