【Nature Food】全球主要粮食作物的产量可提高 4%！张福锁/张卫峰提出精确堆肥策略，将极大促进粮食可持续生产

农业生产中堆肥的目的就是通过一系列科学的工艺步骤，把各种各样的有机废弃物分解转化成为一种稳定的、无害化的适合于土壤培肥的有机肥产品。堆肥是可持续农业的重要投入，但使用不同类型的堆肥会导致难以预料的结果。

2022年9月5日，中国农业大学张福锁及张卫峰共同合作在Nature Food 杂志在线发表题为“A precision compost strategy aligning composts and application methods with target crops and growth environments can increase global food production”的研究论文，该研究进行了一项全球尺度的meta分析，以确定“精确堆肥策略” (precision compost strategy, PCS)，即有机肥及技术应当场景化精准施用，揭示了这种精准施用对于协同实现作物增产、土壤固碳和环境减排的重要作用，并制定了一套可供全球参考的有机肥精准施用策略。

在过去的两个世纪中，大约三分之一的农业土壤退化，这导致全球玉米产量减少32%，小麦减少60%。堆肥被认为是在农田中再生土壤有机碳 (soil organic carbon, SOC)、减少对矿物肥料 (MF) 的需求、提高作物产量以及向循环农业和可持续发展目标过渡的途径。然而，堆肥的使用可能会导致相当大的权衡取舍，因为作物产量的不确定性很大，土壤中的一氧化二氮 (N2O) 排放量增加。因此，需要一种战略方法来提供一致的多重效益。堆肥的性能通常不令人满意，这归因于与影响堆肥对土壤和作物影响的三个主要因素相关的广泛可变性和复杂性：1. 堆肥特性（即 C/N、C/P、pH 和电导率 (EC)）的巨大可变性，这取决于各种生物废物类型和处理方法；2. 涉及种植系统（即作物类型和管理）和不同的生物物理环境（即土壤特性和气候），以及对堆肥效应的固有环境影响；3. 堆肥的养分可用性随生物物理环境而变化，并且由于堆肥衍生养分的生物利用度通常不可预测而难以优化。该研究花了三年时间构建了目前全球最新、最大的堆肥产品效应数据库。从全球范围内发表的 257篇论文中提取了大约 2000多个数据，涉及 3个方面 11个关键因子：堆肥特性（碳氮比、碳磷比、 pH值、可溶性盐的浓度）、氮素管理（用量）和作物生长环境（作物类型、土壤质地、土壤有机碳、 pH值、温度、降雨量）。之后通过对这些数据进行整合分析，量化评价了有机肥施用的增产、固碳和减排综合效益，并利用梯度提升回归模型（ GBRT）定量挖掘了相关影响因子的贡献大小。结果发现， 11个关键因素决定了 80%的有机肥效应。

在此基础上，该团队建立了有机肥因地制宜的选用机制。例如，有机肥在酸性土壤、偏沙质地、干燥气候、偏高气温等条件下能够发挥比较好的效应；在低碳水平的土壤适宜匹配碳氮比和碳磷比较低的有机肥，而高碳水平土壤适宜匹配碳氮比和碳磷比较高的有机肥。

基于这些最新认识，该研究提出了将堆肥产品和技术与作物生长环境相匹配的精确施用策略（Precision Compost Strategy，PCS），并概述了该策略的关键步骤：诊断当地生物环境条件障碍因子；设计和生产满足当地作物—土壤—气候条件需求的专用产品；配合碳素和多种养分元素（N、P以及其他必要和有益营养成分）的最佳综合管理技术。

研究表明，PCS 的好处在干燥和温暖的气候以及酸性 pH 值和沙质或粘土质地的土壤中更为明显，与传统做法相比，作物产量提高了40%。如果采用有机肥精准施用策略，全球主要粮食作物（水稻、玉米、小麦和大麦）的产量可提高 4%（ 9630万吨）；同时可让土壤固碳量提高大约 26%（ 195亿吨碳当量） ，相当于当前表土土壤有机碳储量的 26.5%。综上所述，该研究提供了对当前有机肥使用知识的系统评估，以及如何在全球范围内优化有机肥使用以实现可持续的多目标协同。同时很好地证明了有机肥的施用效果与应用场景、产品和技术的密切配合至关重要。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43016-022-00584-x

来源：iNature和中国科学报综合

转自：“iPlants”微信公众号

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