在鄉(xiāng)野田陌里，總能看到一種紅紅紫紫的小花，連成片，猶如飄落的云霞，隨風搖曳，煞是美麗。它們被稱為紫云英，又名紅花草籽。在許多人兒時的記憶里，它和水稻一樣重要，作為水稻相伴的肥田利器。
在綠色可持續(xù)發(fā)展理念的引領(lǐng)下，人們更加看重農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境水平急需大幅度提升，以紫云英為代表的綠肥再度“翻紅”。我國南方稻區(qū)越來越多的土地種上了綠肥作物，耕地質(zhì)量連年提升，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境逐步優(yōu)化。
中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所（以下簡稱中國農(nóng)科院資劃所）歷時15年的研究力證了綠肥是培肥地力的寶藏資源。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《資源，節(jié)約和循環(huán)利用》（ Resources, Conservation & Recycling ）上。
紫云英田間示范場景 曹衛(wèi)東攝
讓丟失的農(nóng)耕文明重返舞臺
近些年，由于化肥投入不合理，農(nóng)田養(yǎng)育不夠，導(dǎo)致面源污染、耕地質(zhì)量下降、土壤板結(jié)等。
那么，如何解決耕地可持續(xù)健康利用的問題？中國農(nóng)科院資劃所研究員曹衛(wèi)東把目光聚焦在綠肥這種傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)智慧上。
“綠肥是我國農(nóng)耕文明的一個典型，在80年代之前，主要是用綠肥、農(nóng)家肥來種地養(yǎng)地。我國利用綠肥的歷史甚至可以追溯到3000多年前，而且民間一直有‘綠肥種一年，三年田不瘦’‘花草種三年，瘦田變肥田’的說法。”曹衛(wèi)東在接受《中國科學報》采訪時介紹。
何為綠肥？綠肥指的是以豆科作物為代表的固氮養(yǎng)地植物，例如紫云英、苕子等，這些植物富含養(yǎng)分和有機物，在適當時期翻壓歸還土壤，它們分解后可以增加土壤有機質(zhì)，為作物供應(yīng)生長所需的養(yǎng)分。同時，由于綠肥的生長，能很好地改善土壤性狀及土壤生態(tài)。
把綠肥作物翻壓還田 受訪者供圖
但是，由于綠肥需要播種、翻壓和管理，很多農(nóng)民都嫌麻煩。到80年代以后，簡單又高效的化肥一登場就迅速搶占市場，給傳統(tǒng)綠肥帶來了很大沖擊，致其逐步跌到歷史低谷。
在我們淡忘這種有益于生態(tài)的綠肥時，日本、韓國每年都會從我國進口大量的紫云英、苕子等綠肥種子，用來調(diào)節(jié)土壤、美化農(nóng)田，為農(nóng)作物提供養(yǎng)分。
“是時候恢復(fù)過去的農(nóng)耕文明了！”在曹衛(wèi)東看來，要想恢復(fù)養(yǎng)地，還得靠綠肥這種天然的肥料“加工廠”，而且要把綠肥與新時代人們的生產(chǎn)生活方式合理嫁接，成為行之有效的手段。
“在我國南方稻區(qū)，可以用于發(fā)展綠肥的冬閑田面積約1.5億畝，綠肥-水稻輪作系統(tǒng)能夠合理利用冬春季節(jié)的光溫水熱資源，實現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)和提升耕地質(zhì)量。”曹衛(wèi)東說。
除了冬閑田外，我國還有大量的季節(jié)性休閑農(nóng)田，有可用來間套作養(yǎng)地作物的中低產(chǎn)田和大面積果茶園等資源，總量大約7億畝，另有大量有潛在利用價值、難以有效利用的邊際土地。它們都是綠肥能發(fā)揮用武之地的“舞臺”。
隨著生態(tài)意識的覺醒，加之愈演愈烈的土壤退化危機，一度被遺忘的綠肥重新進入公眾視野。在綠肥行業(yè)專項和綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的支持下，南方稻區(qū)陸續(xù)設(shè)立了一批綠肥-水稻定位試驗點，同時開展了大量田間示范，讓部分有遠見的農(nóng)戶對綠肥的接受程度不斷提高，綠肥種植逐漸回溫。
歷經(jīng)15年的科學驗證
土壤肥不肥、好不好，需要研究數(shù)據(jù)說話。綠肥在增產(chǎn)、節(jié)肥、培肥土壤、減輕環(huán)境負擔方面的貢獻及其機制急需大區(qū)域尺度上的研究與量化。
但土壤肥力、土壤環(huán)境質(zhì)量變化是一個動態(tài)且緩慢的過程，只有通過多年的長期定位試驗才能得出有說服力的結(jié)論。而且時間越長，研究的科學價值和對決策的支撐度就越高。
所以，曹衛(wèi)東帶領(lǐng)團隊從2008年開始便對綠肥進行研究。15年里，他們在南方8個省、14個點，開展40個定位試驗，即在固定的地點連續(xù)觀測種植翻壓綠肥的土壤培肥效果，并從多年、多點、長期角度量化稻田綠肥的節(jié)肥增效潛力。
長期定位試驗田間場景 受訪者供圖
他們通過分析數(shù)千個研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，相比冬閑稻田單施化肥，冬種綠肥不減氮和減氮20%，稻谷產(chǎn)量分別增加5.7%和3.8%，相應(yīng)的氮肥利用率提高7.8%和12.6%。當減氮40%時稻谷穩(wěn)產(chǎn)，氮肥利用率提高15.8%。在完全不施氮肥的情況下，稻谷產(chǎn)量可達到常規(guī)施肥時產(chǎn)量的81.1%。
“我們綜合分析得出，稻區(qū)綠肥潛力面積為約1.5億畝，在穩(wěn)產(chǎn)前提下，每年節(jié)氮潛力為約49.8萬噸純氮。”曹衛(wèi)東說。
這可是了不得的數(shù)據(jù)，因為我國是世界上最大的氮肥生產(chǎn)國和消費國，每年我國氮肥用量約2600~2800萬噸（純氮）。長期大量特別是不合理施用氮肥，造成環(huán)境負擔、農(nóng)田土壤退化等問題，綠肥的節(jié)氮以及耕地養(yǎng)育能力或?qū)⑹橇ν炜駷懙摹疤匦А笔侄巍?/p>
綠肥減肥增效田間定位試驗 曹衛(wèi)東攝
不僅節(jié)氮，綠肥被證實了還能有效提升稻米營養(yǎng)品質(zhì)。相比冬閑稻田單施化肥，綠肥與化肥配施節(jié)氮40%的前提下，稻米總氨基酸和人體必需氨基酸含量分別提高62.6%和30.7%，其中異亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和蘇氨酸分別提高290.6%、37.5%、54.0%和128.0%。
大量定位試驗及研究數(shù)據(jù)的積累，為從區(qū)域?qū)用嫔狭炕G肥效應(yīng)提供了條件，這項研究系統(tǒng)明確了稻田綠肥的“藏糧于地”效應(yīng)，為綠肥在農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展中的重要作用提供了理論支撐。
“在綠肥的滋養(yǎng)下，我國稻田完全可以用更少的氮肥生產(chǎn)出更多更高品質(zhì)的稻米。”曹衛(wèi)東表示。
助力農(nóng)業(yè)減排固碳
“十四五”時期，我國生態(tài)文明建設(shè)步入以降碳為重點的新階段，為支撐新時期綠色高質(zhì)量發(fā)展，農(nóng)業(yè)不僅可以也應(yīng)該主動為國家的“雙碳”戰(zhàn)略做貢獻。
綠肥不只是化作春泥更護田，保障國家糧食安全和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，還能助力農(nóng)業(yè)減排固碳。溫室氣體減排和養(yǎng)分減損是發(fā)揮綠肥生態(tài)功能的重要部分。
為了量化綠肥對碳、氮足跡以及氮素損失的影響，研究團隊應(yīng)用過程模型和生命周期評價方法，分析了各省的碳、氮足跡以及活性氮損失。發(fā)現(xiàn)冬種綠肥配施減量40%和60%的化肥，碳足跡分別降低30.81%和36.09%，氮足跡分別降低9.65%和23.28%。
研究表明，氨揮發(fā)和氮素淋失是稻田活性氮損失的主要途徑，分別占活性氮損失的57.53%和36.31%。通過冬種綠肥配施減量40%和60%的化肥，活性氮損失分別降低19.18%和32.86%，氨揮發(fā)分別降低18.28%和38.00%，氮淋失分別降低21.29%和26.85%。
新時代對農(nóng)田質(zhì)量提出了新要求，也為綠肥發(fā)揮大作用提供了新機遇。
“未來，綠肥將在耕地質(zhì)量提升、農(nóng)田生態(tài)改善等方面發(fā)揮內(nèi)源驅(qū)動作用，高效保障‘農(nóng)田必須是良田’，為中國人端牢中國飯碗貢獻綠肥力量。”曹衛(wèi)東說。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2023.107025
