如何讓「便便」更有用？

動物有機肥 (畜禽糞便) 是傳統農業中極為重要的氮肥來源。據估算，全球每年所產生的動物有機肥中所含有的氮 (簡稱有機肥氮) 的總量約為80~130 Tg N (1 Tg = 1 × g)，與化學氮肥的施用量基本持平。伴隨著化學氮肥的大量生產和施用，目前全球有機肥氮的還田率卻僅有20~50%。眾所周知，化學氮肥的大量施用，造成了大量的活性氮排放，從而引起了一系列的環境問題，如空氣污染、土壤酸化以及水體富營養等。與單純的化學氮肥施用相比較，有機肥還田替代部分化學氮肥施用不僅能夠減少活性氮的排放，因為有機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性質，從而有利於作物產量的提高。除此之外，提高有機肥的還田比例還能進一步實現有機肥的資源化利用。雖然優勢明顯，但是關於有機肥還田替代化學氮肥施用這一措施目前仍然存在一些亟待解決的問題。例如，用多大比例的有機肥氮替代化學氮肥還田不會影響糧食產量？替代以後能夠減少多少活性氮的排放？有機肥的替代施用又會如何影響土壤溫室氣體的排放？這些問題仍然不清楚。

為了回答這些科學問題，中國科學院南京土壤研究所顏曉元課題組利用數據整合分析的方法，在全球範圍內選取了141篇發表的文章，全面評價了有機肥還田部分替代化學氮肥施用對於 (穀粒作物和蔬菜) 作物生產力、活性氮損失以及土壤溫室氣體排放的影響。

對於替代比例的確定，研究發現，與只施用化學氮肥相比較，在總施氮量保持一致時，有機肥氮替代化學氮肥施用的比例為25~50% 時 ，籽粒和蔬菜的平均作物產量顯著提高了5.7%。這是因為有機肥的替代施用能夠更好地協調土壤供氮與作物需氮的關係，從而能夠提高作物對氮的吸收量 (11.5%) 以及氮肥的利用率 (11.7%)，並進一步降低各種活性氮的損失。

對於活性氮的減排效果，研究發現有機肥的替代施用比例為 25~50% 時能有效降低土壤 揮發損失12.4%，降低氮淋溶損失25.3% 以及氮徑流損失27.4%。進一步增加有機肥的替代比例到75%以上能夠繼續提高對於活性氮的減排效果，但同時會導致作物產量的降低。

此外，對於溫室氣體排放的影響，研究發現，在旱地土壤上採用有機肥的替代施用能夠有效地降低溫室氣體的凈排放。在稻田土壤上採用卻能促進溫室氣體的凈排放。這是因為有機肥的替代施用對於稻田土壤有機碳累積的促進效應小於對於排放的促進效應。採用發酵後的有機肥進行化學氮肥的替代施用，能夠進一步降低對於稻田溫室氣體排放的促進效應。

2015年，我國農業部印發了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》,要求在確保糧食安全的前提下，到2020年實現我國化肥用量的零增長。本研究表明了合理的有機肥還田而替代部分化學氮肥施用能夠減少化學氮肥的施用量，顯著地提高作物生產力，降低各種活性氮損失以及旱地土壤的溫室氣體排放，從而有助於「化肥使用量零增長」目標的實現。

動物有機肥還田部分替代化肥施用對於糧食安全、活性氮損失及溫室氣體排放的綜合影響 (結果為替代比例為0~100%的平均值)

作者：夏龍龍 顏曉元

來源：中國科學院南京土壤研究所