減氮40％，這種植物不得了

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在鄉野田陌里，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。

在綠色可持續發展理念的引領下，人們更加看重農產品質量安全，農田生態環境水平急需大幅度提升，以紫云英為代表的綠肥再度“翻紅”。我國南方稻區越來越多的土地種上了綠肥作物，耕地質量連年提升，農田生態環境逐步優化。

中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所（以下簡稱中國農科院資劃所）歷時15年的研究力證了綠肥是培肥地力的寶藏資源。近日，相關研究成果發表在《資源，節約和循環利用》（Resources, Conservation & Recycling）上。

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紫云英田間示范場景   曹衛東攝

讓丟失的農耕文明重返舞臺

近些年，由于化肥投入不合理，農田養育不夠，導致面源污染、耕地質量下降、土壤板結等。

那么，如何解決耕地可持續健康利用的問題？中國農科院資劃所研究員曹衛東把目光聚焦在綠肥這種傳統農業智慧上。

“綠肥是我國農耕文明的一個典型，在80年代之前，主要是用綠肥、農家肥來種地養地。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地植物，例如紫云英、苕子等，這些植物富含養分和有機物，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，為作物供應生長所需的養分。同時，由于綠肥的生長，能很好地改善土壤性狀及土壤生態。

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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，用來調節土壤、美化農田，為農作物提供養分。

“是時候恢復過去的農耕文明了！”在曹衛東看來，要想恢復養地，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生活方式合理嫁接，成為行之有效的手段。

“在我國南方稻區，可以用于發展綠肥的冬閑田面積約1.5億畝，綠肥-水稻輪作系統能夠合理利用冬春季節的光溫水熱資源，實現節肥增產和提升耕地質量。”曹衛東說。

除了冬閑田外，我國還有大量的季節性休閑農田，有可用來間套作養地作物的中低產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。它們都是綠肥能發揮用武之地的“舞臺”。

隨著生態意識的覺醒，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。在綠肥行業專項和綠肥產業技術體系的支持下，南方稻區陸續設立了一批綠肥-水稻定位試驗點，同時開展了大量田間示范，讓部分有遠見的農戶對綠肥的接受程度不斷提高，綠肥種植逐漸回溫。

歷經15年的科學驗證

土壤肥不肥、好不好，需要研究數據說話。綠肥在增產、節肥、培肥土壤、減輕環境負擔方面的貢獻及其機制急需大區域尺度上的研究與量化。

但土壤肥力、土壤環境質量變化是一個動態且緩慢的過程，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，曹衛東帶領團隊從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肥增效潛力。

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長期定位試驗田間場景   受訪者供圖

他們通過分析數千個研究數據發現，相比冬閑稻田單施化肥，冬種綠肥不減氮和減氮20%，稻谷產量分別增加5.7%和3.8%，相應的氮肥利用率提高7.8%和12.6%。當減氮40%時稻谷穩產，氮肥利用率提高15.8%。在完全不施氮肥的情況下，稻谷產量可達到常規施肥時產量的81.1%。

“我們綜合分析得出，稻區綠肥潛力面積為約1.5億畝，在穩產前提下，每年節氮潛力為約49.8萬噸純氮。”曹衛東說。

這可是了不得的數據，因為我國是世界上最大的氮肥生產國和消費國，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，造成環境負擔、農田土壤退化等問題，綠肥的節氮以及耕地養育能力或將是力挽狂瀾的“特效”手段。

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綠肥減肥增效田間定位試驗   曹衛東攝

不僅節氮，綠肥被證實了還能有效提升稻米營養品質。相比冬閑稻田單施化肥，綠肥與化肥配施節氮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據的積累，為從區域層面上量化綠肥效應提供了條件，這項研究系統明確了稻田綠肥的“藏糧于地”效應，為綠肥在農業高質量發展中的重要作用提供了理論支撐。

“在綠肥的滋養下，我國稻田完全可以用更少的氮肥生產出更多更高品質的稻米。”曹衛東表示。

助力農業減排固碳

“十四五”時期，我國生態文明建設步入以降碳為重點的新階段，為支撐新時期綠色高質量發展，農業不僅可以也應該主動為國家的“雙碳”戰略做貢獻。

綠肥不只是化作春泥更護田，保障國家糧食安全和農業綠色發展，還能助力農業減排固碳。溫室氣體減排和養分減損是發揮綠肥生態功能的重要部分。

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。發現冬種綠肥配施減量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%。

新時代對農田質量提出了新要求，也為綠肥發揮大作用提供了新機遇。

“未來，綠肥將在耕地質量提升、農田生態改善等方面發揮內源驅動作用，高效保障‘農田必須是良田’，為中國人端牢中國飯碗貢獻綠肥力量。”曹衛東說。