Effect of Quota-based Fertilization on Soil and Ecological Environment: Research Progress

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0384

Abstract

Abstract:

Quota-based fertilization is a crucial measure for improving soil quality and ensuring food security. Under the policy backdrop of reducing fertilizer usage and promoting agricultural green development, the systematic exploration of the impact and inherent regulatory mechanisms of quota-based fertilization on soil and the ecological environment, as well as the summary of key technologies for protecting and enhancing cultivated land quality, can contribute to an objective evaluation and comprehensive understanding of the significant role of quota-based fertilization in improving cultivated land quality. This article reviewed the connotation and policy evolution of quota-based fertilization, along with its technological innovations. It also summarized the effects and regulatory mechanisms of quota-based fertilization on key indicators of soil quality, discussed how to enhance soil quality through quota-based fertilization measures, and proposed future research priorities for quota-based fertilization in soil quality protection, to provide references for further promoting the improvement of cultivated land quality at a deeper level.

Key words: quota-based fertilization, chemical fertilizer reduction, soil quality, soil health, food security

YANG Dong, LIU Xiaoxia, CHEN Hongjin, YU Yijun. Effect of Quota-based Fertilization on Soil and Ecological Environment: Research Progress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(32): 91-98.

Figures/Tables 1

References 65

[1]	BELETE S, BEZABIH M, ABDULKADIR B, et al. Inoculation and phosphorus fertilizer improve food-feed traits of grain legumes in mixed crop-livestock systems of Ethiopia[J]. Agriculture, ecosystems & environment, 2019, 279:58-64. doi: 10.1016/j.agee.2019.04.014 URL
[2]	DORAN J W, PARKIN T B. Defining and assessing soil quality//DORAN J W, COLEMAN D C, BEZDICEK D F, eds. Defining Soil Quality for a Sustainable Environment[M]. Madison, WI, USA: soil society of America special publication, 1994:3-21.
[3]	郭鸿鹏, 徐北春, 刘春霞, 等. 农药化肥规制:美国经验及启示[J]. 环境保护, 2015, 43(21):64-69.
[4]	马海龙, 李婷玉, 马林, 等. 欧洲国家农田养分管理差异及其对我国的启示[J]. 土壤通报, 2019, 50(4):974-982.
[5]	虞轶俊, 陈红金, 陆若辉, 等. 浙江省化肥定额制实施路径与对策研究[J]. 中国农技推广, 2019, 35(11):3-6.
[6]	陈红金, 刘晓霞, 虞轶俊. 浙江省化肥施用现状分析及减量对策探讨[J]. 浙江农业科学, 2020, 61(4):737-739.
[7]	刘晓霞, 陈红金, 陆若辉, 等. 构筑四大体系推进化肥定额制基础年建设——记浙江省化肥定额制实施1周年[J]. 中国农技推广, 2021, 37(1):70-72.
[8]	肖占文, 鄂利锋, 任建忠, 等. 化肥减量配施有机硅有机肥对盐碱土改良及玉米产量的影响[J]. 耕作与栽培, 2022, 42(3):42-45.
[9]	黄容, 高明, 万毅林, 等. 秸秆还田与化肥减量配施对稻-菜轮作下土壤养分及酶活性的影响[J]. 环境科学, 2016, 37(11):4446-4456.
[10]	胡月华. 化肥减量与生物有机肥配施对土壤质量变化及马铃薯产量与品质的影响[J]. 江苏农业科学, 2022, 50(19):204-210.
[11]	CHENG J, DING C, LI X, et al. Soil quality evaluation for navel orange production systems in central subtropical China[J]. Soil and tillage research, 2016, 155:225-232. doi: 10.1016/j.still.2015.08.015 URL
[12]	HEITKAMP F, WENDLAND M, OFFENBERGER K, et al. Implications of input estimation, residue quality and carbon saturation on the predictive power of the rothamsted carbon model[J]. Geoderma, 2012, 170:168. doi: 10.1016/j.geoderma.2011.11.005 URL
[13]	潘建清, 毛晓梅, 麻万诸. 基于肥料偏生产力的芦笋化肥定额制施肥技术模式探讨[J]. 浙江农业科学, 2020, 61(5):937-939.
[14]	靳晓拓, 马继勇, 周彦妤, 等. 化肥减量配施有机肥下芒果园土壤细菌多样性及群落结构特征[J]. 热带作物学报, 2019, 40(6):1205-1212.
[15]	孙海燕, 孙义卓, 周娈, 等. 化肥减量配施腐植酸生物肥对土壤生物学性质和玉米干物质量的影响[J]. 应用生态学报, 2022, 33(3):677-684. doi: 10.13287/j.1001-9332.202203.014
[16]	张晓楠, 邱国玉. 化肥对我国水环境安全的影响及过量施用的成因分析[J]. 南水北调与水利科技, 2019, 17(4):104-114.
[17]	陆景陵. 植物营养学[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 2003:23-26.
[18]	LI J, LIN W. Effects of nitrogen fertilizer rates on the growth and nutrient utilization of calla lily intercropped with rubber trees[J]. Soil and tillage research, 2021, 211:105031. doi: 10.1016/j.still.2021.105031 URL
[19]	KAVITHA B, REDDY P, KIM B, et al. Benefits and limitations of biochar amendment in agricultural soils: A review[J]. Journal of environmental management, 2018,227(DEC.1):146-154.
[20]	YANG W, FENG G, MILES D, et al. Impact of biochar on greenhouse gas emissions and soil carbon sequestration in corn grown under drip irrigation with mulching[J]. Science of the total environment, 2020, 729:138752. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.138752 URL
[21]	赖佳鑫, 邓华, 朱浩宇, 等. 化肥减量配施生物炭和秸秆增加了坡耕地壤中流磷流失风险[J]. 环境科学, 2023, 44(8):1-16.
[22]	郑剑超. 化肥减量配施菌肥和黄腐酸肥对辣椒生长与肥料利用率的影响[J]. 中国瓜菜, 2022, 35(12):58-63.
[23]	李杰, 贾豪语, 颉建明, 等. 生物肥部分替代化肥对花椰菜产量、品质、光合特性及肥料利用率的影响[J]. 草业学报, 2015, 24(1):47-55. doi: 10.11686/cyxb20150107
[24]	张济世, 张琳, 丁丽, 等. 紫云英还田与化肥减量配施对土壤氮素供应和水稻生长的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(10):1793-1803.
[25]	周平遥. 氮肥减量深施对水稻产量和氨挥发的影响[D]. 长沙: 湖南农业大学, 2021.
[26]	刘晓霞, 潘贤, 张欢. 施肥方式及化肥用量对水稻产量和氮肥利用效率的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(34):1-4. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20200100047
[27]	梅晶晶. 减氮条件下耕作施肥方式对小麦根蘖发育和氮素利用的影响[D]. 郑州: 河南农业大学, 2019.
[28]	邵元虎, 张卫信, 刘胜杰, 等. 土壤动物多样性及其生态功能[J]. 生态学报, 2015, 35(20):6614-6625.
[29]	孔云, 张婷, 李刚, 等. 不同施肥方式下玉米田土壤中小型节肢动物的群落特征及稳定性[J]. 玉米科学, 2020, 28(2):156-162.
[30]	吴宪. 化肥减量配施有机肥和秸秆对小麦-玉米田土壤微生物和线虫群落的影响[D]. 北京: 中国农业科学院, 2021.
[31]	李其胜, 张顺涛, 赵贺, 等. 化肥减量配施有机物料对油菜地土壤线虫群落结构的影响[J]. 生态学杂志, 2021, 40(12):3970-3981.
[32]	孙新, 李琪, 姚海凤, 等. 土壤动物与土壤健康[J]. 土壤学报, 2021, 58(5):1073-1083.
[33]	THOMAS R Q, BROOKSHIRE. Nitrogen limitation on land: how can it occur in Earth system models[J]. Global change biology, 2015, 21(5):1777-1793. doi: 10.1111/gcb.2015.21.issue-5 URL
[34]	李胜君, 胡菏, 李刚, 等. 化肥减量与有机物料添加对华北潮土微生物氮循环功能基因丰度和氮转化遗传潜力的影响[J]. 环境科学, 2022, 43(10):4735-4744.
[35]	YANG H, MA J, RONG Z, et al. Wheat straw return influences nitrogen-cycling and pathogen associated soil microbiota in a wheat-soybean rotation system[J]. Frontiers in microbiology, 2019, 10:1811. doi: 10.3389/fmicb.2019.01811 pmid: 31440226
[36]	陈凯鹏, 韦菊娴, 陈丹, 等. 化肥减量配施秸秆对双季稻田固氮微生物群落的影响[J]. 环境科学, 2022, 43(10):4725-4734.
[37]	黄锐, 王进闯, 陈淼, 等. 基于宏基因组学方法分析化肥减施对热带地区菜地土壤微生物群落的影响[J]. 热带作物学报, 2022, 43(8):1716-1727.
[38]	武茹. 轻简施肥方式对再生稻两优6326产量形成和温室气体排放的影响[D]. 武汉: 华中农业大学, 2020.
[39]	张欢, 潘贤, 刘晓霞, 等. 侧深施肥搭配缓控释肥对水稻生长及其产量的影响[J]. 浙江农业科学, 2020, 61(7):1323-1325.
[40]	石子建, 徐建祥, 李韵, 等. 油菜秸秆还田和化肥配施对水稻产量、养分吸收及土壤肥力的影响[J]. 江苏农业科学, 2022, 50(22):100-106.
[41]	石红静, 黄鑫, 周巧钰, 等. 浙贝母化肥定额制实施成效评价与分析[J]. 浙江农业科学, 2022, 63(9):1975-1977.
[42]	谢传安. 优质中籼稻机插侧深施肥简化减量施肥试验报告[J]. 园艺与种苗, 2021(7):62-63,67.
[43]	陈慧明, 赵人杰, 吴开良, 等. 万里神农有机缓释肥在小香薯上的应用效果初探[J]. 上海农业科技, 2022(5):119-121.
[44]	李波, 张立国, 张宇, 等. 甜玉米轻简化提质增效栽培技术[J]. 智慧农业导刊, 2022, 2(23):60-62.
[45]	徐云连, 马友华, 吴蔚君, 等. 长期减量化施肥对水稻产量和土壤肥力的影响[J]. 水土保持学报, 2018, 32(6):254-258.
[46]	张滨, 刘婷婷. 不同施肥量侧深施肥技术在寒地水稻上的应用效果研究[J]. 农技服务, 2015, 32(12):135,173.
[47]	陈静, 崔文芳, 鲁富宽, 等. 有机肥/腐植酸和菌剂的化肥减量技术对甜糯玉米产量及土壤性质的影响[J]. 西南农业学报, 2022, 35(9):2077-2085.
[48]	郭文义, 魏丹, 金梁, 等. 黑土区大豆植株长势和农田温室气体对不同施肥方式的响应[J]. 大豆科学, 2017, 36(2):274-279.
[49]	申正香, 谈守玮. 景电灌区化肥减量配施生物有机肥对茄子生长特性、产量及品质的影响[J]. 节水灌溉, 2022(6):72-77,84.
[50]	茹朝, 郁继华, 武玥, 等. 化肥减量配施生物有机肥对露地大白菜产量及品质的影响[J]. 浙江农业学报, 2022, 34(8):1626-1637. doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2022.08.07
[51]	撖冬荣, 姚拓, 李海云, 等. 微生物肥料与化肥减量配施对多年生黑麦草生长的影响[J]. 草业学报, 2022, 31(3):136-143. doi: 10.11686/cyxb2020581
[52]	毛震宇, 颉建明, 何志学, 等. 缓释肥替代普通化肥对蒜苗生长、产量及品质的影响[J]. 中国蔬菜, 2020(11):66-71.
[53]	何佳芳, 唐兵, 赵欢, 等. 几种肥料对头花蓼连作障碍的调控[J]. 西南农业学报, 2016, 29(12):2902-2907.
[54]	李进, 袁春新, 孙正国, 等. 化肥减量配施生物有机肥对大棚连作草莓的影响[J]. 中国果树, 2022(11):12-16.
[55]	张俊峰, 颉建明, 张玉鑫, 等. 生物有机肥部分替代化肥对日光温室黄瓜产量、品质及肥料利用率的影响[J]. 中国蔬菜, 2020(6):58-63.
[56]	WANG J, FU Z, CHEN G, et al. Runoff nitrogen (N) losses and related metabolism enzyme activities in paddy field under different nitrogen fertilizer levels[J]. Environmental science and pollution research, 2018, 25(27):27583-27593. doi: 10.1007/s11356-018-2823-3
[57]	孟凡非, 康铁东, 杨成, 等. 化肥减量施用对蔬菜地氮素流失控制及小白菜生长的影响[J]. 西南农业学报, 2022, 35(11):2603-2608.
[58]	毛倩, 周江明. 化肥减量对水稻甬优15产量及面源污染的影响[J]. 浙江农业科学, 2022, 63(3):463-466,471.
[59]	习斌, 翟丽梅, 刘申, 等. 有机无机肥配施对玉米产量及土壤氮磷淋溶的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(2):326-335.
[60]	龚蓉, 刘强, 荣湘民, 等. 中南丘陵旱地磷肥减量对不同形态磷素养分淋失的影响[J]. 水土保持学报, 2015, 29(5):106-110.
[61]	农传江, 汤利, 徐智, 等. 有机肥部分替代化肥对土壤有机碳库和烤烟经济性状的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2016(4):70-75.
[62]	IPCC - Intergovernmental panel on climate change: report climate change 2014:Synthesis report. 2014contribution of working groups I, II and III to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. IPCC, Geneva,Switzerland,151.
[63]	TUBIELLO F N, SALVATORE M, FERRARA A F, et al. The contribution of agriculture, forestry and other land use activities to global warming, 1990-2012[J]. Global change biology, 2015, 21(7):2655-2660. doi: 10.1111/gcb.12865 pmid: 25580828
[64]	WOOLF D, AMONETTE J E, STREET-PERROTT F A, et al. Sustainable biochar to mitigate global climate change[J]. Nature communications, 2010, 1(1).
[65]	SHIN J, PARK D, HONG S, et al. Influence of activated biochar pellet fertilizer application on greenhouse gas emissions and carbon sequestration in rice (Oryza sativa L.) production[J]. Environmental pollution, 2021, 285:117457. doi: 10.1016/j.envpol.2021.117457 URL

处理措施	作物种类	作物产量	参考文献
化肥减量20%+紫云英还田(22.5 t/hm²)	水稻	成熟期地上部干物质累积量显著增加7.14%	[24]
侧深施肥氮肥减量20%	水稻	对水稻产量无显著影响	[26]
化肥减量25%+油菜秸秆全量还田	水稻	对水稻产量无显著影响	[39]
减氮30%或减磷50%+秸秆还田(3 t/hm²)	水稻	对水稻产量无显著影响	[45]
基肥测深施肥减量10%	水稻	水稻产量显著增加16.32%	[46]
施氮减量30%+有机肥(2.25 t/hm²)	玉米	糯玉米产量增加18.78%、甜玉米产量增加5.38%	[47]
测土减氮30%+碳增效剂	大豆	大豆产量增加1.8%	[48]
化肥减量20%+生物有机肥(6 t/hm²)	茄子	茄子产量显著增加17.49%	[49]
化肥减量30%+生物有机肥(9 t/hm²)	大白菜	大白菜产量显著增加20.91%	[50]
化肥减量20%+微生物肥料(90~120 kg/hm²)	黑麦草	黑麦草地上部生物量增加16.84%	[51]

处理措施	作物种类	作物产量	参考文献
化肥减量20%+紫云英还田(22.5 t/hm²)	水稻	成熟期地上部干物质累积量显著增加7.14%	[24]
侧深施肥氮肥减量20%	水稻	对水稻产量无显著影响	[26]
化肥减量25%+油菜秸秆全量还田	水稻	对水稻产量无显著影响	[39]
减氮30%或减磷50%+秸秆还田(3 t/hm²)	水稻	对水稻产量无显著影响	[45]
基肥测深施肥减量10%	水稻	水稻产量显著增加16.32%	[46]
施氮减量30%+有机肥(2.25 t/hm²)	玉米	糯玉米产量增加18.78%、甜玉米产量增加5.38%	[47]
测土减氮30%+碳增效剂	大豆	大豆产量增加1.8%	[48]
化肥减量20%+生物有机肥(6 t/hm²)	茄子	茄子产量显著增加17.49%	[49]
化肥减量30%+生物有机肥(9 t/hm²)	大白菜	大白菜产量显著增加20.91%	[50]
化肥减量20%+微生物肥料(90~120 kg/hm²)	黑麦草	黑麦草地上部生物量增加16.84%	[51]