中科院在农牧系统养分管理和技术体系研究方面取得系列进展

过去几十年，我国为了保障粮食安全，过量化肥投入到集约化农田，并最终向环境排放，造成了严重的面源污染、土壤酸化、大气氮（N）沉降增加等环境问题。一方面，为了保障作物高产，氮磷肥长期过量施用导致了硝酸盐淋失、水体富营养化、氨挥发和温室气体排放远远高于其他国家和地区；另一方面，在畜产品需求拉动下，集约化畜牧业飞速发展，单位耕地畜禽养殖数量远远高于其他国家和地区，而畜禽粪尿氮还田率还不到一半，成为水体面源污染、氨挥发和温室气体排放的主要来源之一。因此，我国急需构建基于绿色农业发展的农牧系统养分管理研究和技术体系。 

农业资源研究中心马林研究组与合作者构建了食物链和农牧系统养分流动模型（NUFER-NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use），实现了农户、流域、区域、国家和全球尺度上，对氮磷平衡、环境排放、利用效率及流动规律进行定量分析，为实现农牧系统可持续发展研究提供了创新方法。模型可以模拟食物链和农牧系统NH3、N2、N2O挥发，氮磷养分淋溶，径流和侵蚀等环境损失。利用模型阐明了我国农牧系统和食物链氮磷流量、利用效率和环境排放的时空分异特征，为优化我国农牧系统养分管理和绿色农业发展提供了理论依据。该研究揭示了我国“饲料–粪尿排泄–饲舍–储藏–处理–施用”全链条养分流动特征，研究发现饲舍和储藏环节是氮素环境排放的主要环节，农牧结合和粪尿资源化利用是大幅度减少化肥施用和环境排放的关键途径。系列研究结果发表在EST、GEC、STOTEN、JCP等SCI期刊上。同时，在国内建立了模型研究协作网，系统分析了东北地区、北京、河北、山西、重庆、云南等不同地区农牧系统养分流动特征，协作网主要结果发表在《中国农业科学》-农牧系统养分管理专刊上（2018-02）。 

食物链（上图）和农牧（下图）系统养分流动模型 

系列研究揭示了中国“土壤-作物-畜牧业”生产系统（即农牧系统）养分流动特征。该研究表明：农牧结合是可持续集约化农业的必然出路，农牧结合的核心是通过改善畜禽粪尿管理，减少养分的损失和提高养分在农田循环的比例和数量。未来，中国农牧系统养分管理研究应包括：（1）典型农作系统“土壤-作物-畜牧”系统养分流动规律和环境效应的定量研究；（2）有机肥替代化肥机理与调控途径研究；（3）畜禽粪尿养分循环利用机理和减排技术研究；（4）高产高效“土壤-作物-畜牧”系统设计研究。通过优化农牧系统养分管理，保持养分合理流动与循环，减少各个环节的养分环境排放，提高系统利用率是农牧业可持续发展的关键，也可为“绿色农业发展”“化肥减施”“有机肥替代化肥”“畜禽养殖废弃物资源化利用”和“面源污染阻控”等国家行动提供科学依据。 

上述研究得到了国家重点研发计划（2016YFD0800106）、国家自然科学基金面上项目（31572210）、科技部国际科技合作专项（2015DFG91990）、河北省杰出青年基金项目（D2017503023）、大气重污染成因与治理攻关项目（DQGG0208）、中国科学院重点部署项目、中国科学院科技服务网络计划（STS计划）、中科院“百人计划”项目等资助。