動(dòng)物有機(jī)肥 (畜禽糞便) 是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中極為重要的氮肥來(lái)源。據(jù)估算，全球每年所產(chǎn)生的動(dòng)物有機(jī)肥中所含有的氮 (簡(jiǎn)稱(chēng)有機(jī)肥氮) 的總量約為80~130 Tg N (1 Tg = 1 × 1012g)，與化學(xué)氮肥的施用量基本持平。伴隨著化學(xué)氮肥的大量生產(chǎn)和施用，目前全球有機(jī)肥氮的還田率卻僅有20~50%。眾所周知，化學(xué)氮肥的大量施用，造成了大量的活性氮排放，從而引起了一系列的環(huán)境問(wèn)題，如空氣污染、土壤酸化以及水體富營(yíng)養(yǎng)等。與單純的化學(xué)氮肥施用相比較，有機(jī)肥還田替代部分化學(xué)氮肥施用不僅能夠減少活性氮的排放，因?yàn)橛袡C(jī)氮的礦化速率往往較低，而且能夠提高土壤肥力，改善土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，從而有利于作物產(chǎn)量的提高。除此之外，提高有機(jī)肥的還田比例還能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥的資源化利用。雖然優(yōu)勢(shì)明顯，但是關(guān)于有機(jī)肥還田替代化學(xué)氮肥施用這一措施目前仍然存在一些亟待解決的問(wèn)題。例如，用多大比例的有機(jī)肥氮替代化學(xué)氮肥還田不會(huì)影響糧食產(chǎn)量?替代以后能夠減少多少活性氮的排放?有機(jī)肥的替代施用又會(huì)如何影響土壤溫室氣體的排放?這些問(wèn)題仍然不清楚。
為了回答這些科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所顏曉元課題組利用數(shù)據(jù)整合分析的方法，在全球范圍內(nèi)選取了141篇發(fā)表的文章，全面評(píng)價(jià)了有機(jī)肥還田部分替代化學(xué)氮肥施用對(duì)于 (谷粒作物和蔬菜) 作物生產(chǎn)力、活性氮損失以及土壤溫室氣體排放的影響。
對(duì)于替代比例的確定，研究發(fā)現(xiàn)，與只施用化學(xué)氮肥相比較，在總施氮量保持一致時(shí)，有機(jī)肥氮替代化學(xué)氮肥施用的比例為25~50% 時(shí) ，籽粒和蔬菜的平均作物產(chǎn)量顯著提高了5.7%。這是因?yàn)橛袡C(jī)肥的替代施用能夠更好地協(xié)調(diào)土壤供氮與作物需氮的關(guān)系，從而能夠提高作物對(duì)氮的吸收量 (11.5%) 以及氮肥的利用率 (11.7%)，并進(jìn)一步降低各種活性氮的損失。
對(duì)于活性氮的減排效果，研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥的替代施用比例為 25~50% 時(shí)能有效降低土壤NH3 揮發(fā)損失12.4%，降低氮淋溶損失25.3% 以及氮徑流損失27.4%。進(jìn)一步增加有機(jī)肥的替代比例到75%以上能夠繼續(xù)提高對(duì)于活性氮的減排效果，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量的降低。
此外，對(duì)于溫室氣體排放的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在旱地土壤上采用有機(jī)肥的替代施用能夠有效地降低溫室氣體的凈排放。在稻田土壤上采用卻能促進(jìn)溫室氣體的凈排放。這是因?yàn)橛袡C(jī)肥的替代施用對(duì)于稻田土壤有機(jī)碳累積的促進(jìn)效應(yīng)小于對(duì)于CH4排放的促進(jìn)效應(yīng)。采用發(fā)酵后的有機(jī)肥進(jìn)行化學(xué)氮肥的替代施用，能夠進(jìn)一步降低對(duì)于稻田溫室氣體排放的促進(jìn)效應(yīng)。
2015年，我國(guó)農(nóng)業(yè)部印發(fā)了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》,要求在確保糧食安全的前提下，到2020年實(shí)現(xiàn)我國(guó)化肥用量的零增長(zhǎng)。本研究表明了合理的有機(jī)肥還田而替代部分化學(xué)氮肥施用能夠減少化學(xué)氮肥的施用量，顯著地提高作物生產(chǎn)力，降低各種活性氮損失以及旱地土壤的溫室氣體排放，從而有助于“化肥使用量零增長(zhǎng)”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
動(dòng)物有機(jī)肥還田部分替代化肥施用對(duì)于糧食安全、活性氮損失及溫室氣體排放的綜合影響 (結(jié)果為替代比例為0~100%的平均值)
來(lái)源:中科院之聲公眾號(hào) 作者:夏龍龍 顏曉元
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