“民以食為天，食以米為先”，水稻是我國三糧之首，事關(guān)國計民生。過去農(nóng)戶常以“水大肥勤不問人”作為水稻種植的金科玉律，導(dǎo)致“化肥依賴癥”越來越重。如何實(shí)現(xiàn)既保證水稻增產(chǎn)，又最大限度降低環(huán)境成本，是實(shí)現(xiàn)我國水稻綠色可持續(xù)生產(chǎn)的必然要求，建立一套高產(chǎn)、高效與環(huán)保等多目標(biāo)并重、簡單易推廣的施氮量優(yōu)化技術(shù)是解決這一問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

 

　　現(xiàn)行兩類施氮量優(yōu)化途徑：一是通過土壤和/或植株測試直接確定滿足作物所需的適宜施氮量，而我國以小農(nóng)戶種植和分散經(jīng)營為主、田塊小而多、復(fù)種指數(shù)高茬口緊，故該途徑耗時耗力、投入較高，且當(dāng)前較難大面積推行；二是以產(chǎn)量/施氮量田間試驗為基礎(chǔ)，確定邊際效應(yīng)最大化的平均適宜施氮量作為區(qū)域推薦，具有綱舉目張、簡便易掌握的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，但多以產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)效益為施氮量確定依據(jù)，忽略了環(huán)境效益，不符合水稻可持續(xù)生產(chǎn)的新時代要求。另外，小農(nóng)戶種植模式下，田塊間的產(chǎn)量表現(xiàn)不盡相同，同一稻區(qū)統(tǒng)一氮肥優(yōu)化管理仍會帶來小農(nóng)戶田間產(chǎn)量的波動。因此，動員數(shù)以千萬計的小農(nóng)戶氮肥減施頗具挑戰(zhàn)性，同時，需要對小農(nóng)戶氮肥優(yōu)化面臨的減產(chǎn)風(fēng)險和環(huán)境影響進(jìn)行權(quán)衡分析，以達(dá)到滿足社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益多目標(biāo)協(xié)同。對此，中國科學(xué)院南京土壤研究所與美國加利福尼亞大學(xué)、美國馬里蘭大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等合作，構(gòu)建了不同稻區(qū)水稻產(chǎn)量/活性氮排放與施氮量定量關(guān)系模型，建立了以經(jīng)濟(jì)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為優(yōu)化依據(jù)的適宜氮量分區(qū)確定方法，并通過大范圍田間試驗驗證了可行性，分析了產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益變異，多角度評估了氮量優(yōu)化的有效性，提出了以區(qū)域適宜施氮量為核心、可持續(xù)生產(chǎn)為目標(biāo)的我國水稻氮肥分區(qū)控制新策略。

 

　　研究提出，以氮肥減施的環(huán)境收益和區(qū)域產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)損失上限對比作為稻區(qū)推薦施氮量確定方法，在東北和華南稻區(qū)采用更偏重經(jīng)濟(jì)收益，而華東、華中等活性氮排放熱區(qū)更重視環(huán)境收益，通過全盤規(guī)劃實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益雙贏目標(biāo)。區(qū)域施氮量優(yōu)化技術(shù)可保障水稻總產(chǎn)能需求下，減少氮肥投入10-27%，減排活性氮7-24%。田塊變異分析表明，區(qū)域氮量優(yōu)化可在85-90%的點(diǎn)位上實(shí)現(xiàn)水稻基本平產(chǎn)或增產(chǎn)，90-92%點(diǎn)位上做到收益大體持平或增加，93-95%點(diǎn)位上實(shí)現(xiàn)環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益無明顯降低或提高，同時提高氮肥利用率30-36%。研究從科技、管理、政策三個層面提出了構(gòu)建全國尺度大范圍田塊產(chǎn)量-施氮量動態(tài)監(jiān)測試驗網(wǎng)和“控氮”決策智能管理系統(tǒng)，建立適度規(guī)模經(jīng)營下的氮肥配額管理與實(shí)名購買定額使用制度，出臺面向全體種植戶的優(yōu)化氮量激勵補(bǔ)貼等建議，可有效降低土壤、品種、栽培、管理等生產(chǎn)條件變化造成的田塊時空異質(zhì)性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化施氮量的動態(tài)調(diào)整，提高準(zhǔn)確度和適用性，以最低的技術(shù)推廣成本，確保科學(xué)精準(zhǔn)實(shí)施氮肥分區(qū)宏觀調(diào)控，達(dá)到區(qū)域效益的最大化。該方法亦可與其他優(yōu)化施氮技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步完善科學(xué)施肥。

 

　　該研究可為全國范圍內(nèi)水稻優(yōu)化施氮提供輕簡高效途徑，并為政府推動節(jié)氮增效減排與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供決策參考。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。研究工作得到中科院青促會優(yōu)秀會員基金、國家自然科學(xué)基金國際（地區(qū)）合作研究與交流項目、“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等的支持。