北京市农林科学院资环所揭示全球蔬菜体系新型氮肥增产提质减排的时空特征及限制因子

核心提示：该研究通过Meta分析和随机森林等方法，系统量化了全球新型氮肥施用对蔬菜产量、品质、土壤氧化亚氮（N2O）排放、氨（NH3）挥发和硝态氮（NO3-）淋溶的影响，阐明了影响新型氮肥农学和环境效应的主要驱动因素，为在蔬菜生产中新型氮肥科学施用提供了理论依据。……（世界食品网-www.shijieshipin.com）

近日，北京市农林科学院资环所与中国农业科学院资划所联合在国际期刊Science of The Total Environment（IF=9.8）上发表了题为 “Global impact of enhanced-efficiency fertilizers on vegetable productivity and reactive nitrogen losses” 的学术论文。该研究通过meta分析和随机森林等方法，系统量化了全球新型氮肥施用对蔬菜产量、品质、土壤氧化亚氮（N2O）排放、氨（NH3）挥发和硝态氮（NO3-）淋溶的影响，阐明了影响新型氮肥农学和环境效应的主要驱动因素，为在蔬菜生产中新型氮肥科学施用提供了理论依据。

蔬菜是全球消费量最大的非主食性食物，其可持续生产对全球膳食多样性和民众健康至关重要。新型氮肥（包膜氮肥、添加抑制剂）科学施用不仅是我国“十四五”农业科技发展规划的重要研究内容，也是实现蔬菜减肥增效、品质提升及可持续生产的主要技术措施之一，已成为当前蔬菜养分优化管理的研究重点。然而，不同管理措施和环境条件下新型氮肥在蔬菜生产中的施用效果差异显著，通过单一田间试验难以量化其影响。

该研究收集了1993-2023年21个国家193个试验点的研究数据，构建了全球蔬菜体系新型氮肥增产减排效应数据库。基于meta分析评估了两种主要应用于蔬菜生产的新型氮肥（包膜尿素 [PCU]和添加硝化抑制剂 [NI]）对蔬菜产量、品质、氮吸收、氮肥利用率和氮损失的影响。通过回归分析和随机森林分析等方法，量化了新型氮肥施用的减肥增效潜力，同时阐明了新型氮肥农学和环境效应对不同管理措施（施氮量和种植方式）与环境因子（土壤性质和气候条件）的响应规律。结果表明，与传统尿素相比，施用新型氮肥（NI 和 PCU）可显著提高蔬菜产量（7.5%-8.1%）和品质（维生素 C 增加10.7%-13.6%，可溶性糖增加 9.3%-10.9%，硝酸盐含量降低17.2%-25.1%）。硝化抑制剂在减少 N2O 排放方面最为有效（40.5%），但同时显著增加了NH3挥发（32.4%）。而包膜尿素不仅能显著减少 N2O 排放（24.4%）和 NO3-淋溶（28.7%），还能显著减少NH3挥发（74.5%）。因此在NH3挥发和NO3-淋溶较高的场景下，施用包膜尿素是减少菜田环境风险的最优措施。

回归分析结果表明，与施用传统氮肥（尿素）相比，生产同等产量的蔬菜，施用新型氮肥可减少81.6 kg N ha-1（15.6%）的氮肥用量，降低2.0 kg N ha–1（40.5%）的N2O排放和56.1 kg N ha-1（45.8%）的NO3-淋溶。此外，随机森林分析表明，氮肥用量、土壤pH值、土壤有机碳含量、土壤速效氮和土壤容重等因素是影响增效肥增产和减排效应的主要因素。总体表现为，在土壤有机碳含量较低时，新型氮肥的增产减排效果更为显著；与硝化抑制剂相比，包膜尿素的增产效应更为稳定，并且在高pH的土壤中仍能显著提高蔬菜产量；而与包膜尿素相比，硝化抑制剂在容重高的土壤中更能促进蔬菜产量的提高。该研究为新型氮肥在蔬菜生产中的科学施用提供了理论依据，对于推动我国蔬菜化肥减施和绿色低碳生产具有重要意义。

北京农林科学院资环所与中国农业科学院资划所联培博士生潘昭隆为第一作者，何萍研究员和何文天研究员为该论文共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（32230093, 32202610）、北京市农林科学院项目（YXQN202405, ZHS202302）以及农田智慧施肥项目资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969724021594

日期：2024-05-08