科研进展

科研进展

中国农大张卫峰教授团队揭示并呼吁将堆肥产品和技术与作物生长环境相匹配的精准施用策略对全球作物绿色生产至关重要

发布时间:2022-09-07 发布人:姚银坤 浏览次数:364
来源:中国农业大学资源与环境学院 

   9月5日,自然杂志旗下期刊《自然-食品》(Nature Food)在线发表了中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展学院题为“A precision compost strategy aligning composts and application methods with target crops and growth environments can increase global food production”《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可提高全球粮食生产》的研究论文,揭示了堆肥产品和技术场景化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。


 

   人类堆制和施用堆肥的历史已超过8000年,但遗憾的是,人们至今尚未对其全球施用效应及驱动因素开展量化评价。尤其是近代以来,有机肥的原料构成和加工技术发生了翻天覆地的变化,绿色农业需求更是如此,不仅需要作物增产还需要土壤培肥和环境减排等多目标协同。面对这些新时代需求,古老的堆肥能否满足、又该如何满足是一个值得研究的问题。更重要的是,面对不断变化的多样化的全球作物生产体系,堆肥在实际应用中常被看作一种通用性产品,没有根据特定的土壤作物生长环境进行设计、甄选和区别施用,制约了肥效潜力的发挥。

   由此,该研究历时3年首次构建了目前全球最新、最大的堆肥产品效应数据库,通过整合分析(Meta-analysis)量化评价了堆肥施用的增产、固碳和减排综合效益,利用梯度提升回归模型(GBRT)定量挖掘了涉及“作物-土壤-气候-产品-技术”多个方面的关键限制因子,并系统阐明了不同施用条件下的肥效机制和匹配规律。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PCS关键步骤:(1)诊断当地生物环境条件障碍因子;(2)设计和生产满足当地作物-土壤-气候条件需求的专用产品;(3)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。最后利用随机森林机器学习算法(RF)首次预测并刻画了PCS对主要粮食增产和农田耕层固碳的全球模式及潜力。

   该研究不仅系统阐明了堆肥产品-技术-应用环境对堆肥施用效应的作用机制,具有重大科学意义。更呼吁堆肥及有机肥产业界加强基于土壤-作物-气候条件的专用产品和技术体系构建,未来需要科技、工程、市场和政策的协同攻关和创制。该研究对我国乃至全球有机肥高效应用与定向设计均具重要意义。


PCS概念框架

   资环学院张卫峰教授为论文通讯作者,博士生赵帅翔和澳大利亚昆士兰大学农业与食品科学学院Susanne Schmidt 教授为共同第一作者。合作者还包括中国农业大学侯勇副教授、田静副教授、张福锁院士;安徽农业大学郜红建教授、西南大学陈新平教授、海南大学李婷玉副研究员、美国宾夕法尼亚大学Zhengxia Dou教授、英国班戈大学Dave Chadwick 教授。该研究得到了国家重点研发计划、中盐安徽红四方肥业股份有限公司绿色智能复合肥研究院与巢湖面源污染关键技术研究项目、浙江衢州市农业碳中和账户建设项目、中国农业大学研究生国际化培养提升项目和澳大利亚政府“抗击食物浪费合作研究中心”项目等资助。

 

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