《International Journal of Plant Production》：Nutrient Balance and Straw Recycling Efficiency in Paddy Fields of Southern China
编辑推荐：
本研究针对水稻生产中养分管理粗放、资源效率低下等关键问题，通过整合生命周期评估（LCA）与物质流分析（MFA），系统量化了台州地区三种主要水稻类型（早籼稻、连作晚籼稻和单季粳稻）的养分流动规律。结果表明氮肥过量施用率高达237%，秸秆还田可替代13.6%-48.2%的养分需求，但季节性释放效率有限。该研究为水稻系统可持续养分管理提供了数据支撑和方法框架，对推动农业绿色转型具有重要实践意义。
在全球农业面临资源约束与生态风险的双重挑战下，如何实现粮食安全与环境保护的平衡已成为可持续发展的重要议题。水稻作为养活全球60%人口的关键作物，其生产系统在促进农业循环经济和应对气候变化方面扮演着特殊角色。然而，高投入、高产出的传统种植模式导致养分管理失衡、秸秆资源浪费等问题日益突出，特别是中国作为世界最大水稻生产国，每年产生约2亿吨稻草，其中约16%被焚烧或丢弃，不仅造成资源浪费，更引发温室气体排放、水体富营养化等一系列环境问题。
在这一背景下，发表于《International Journal of Plant Production》的最新研究通过创新性的方法整合，对南方稻田系统的物质流动和养分循环效率进行了深入剖析。该研究选取浙江台州地区三种典型水稻种植模式（早籼稻、连作晚籼稻和单季粳稻），以每亩（≈666 m2）为功能单元，首次将生命周期评估（LCA）与物质流分析（MFA）相结合，构建了完整的输入-输出分析框架。
研究人员采用田野调查、实验室检测与文献调研相结合的方式，系统收集了肥料施用模式、生物量产出及养分含量等关键参数。通过建立养分潜力评估指标体系（包括养分含量、养分需求和最佳施肥量），以及养分利用效率评估体系（涵盖养分回收效率、理论养分替代率和养分过量使用率），实现了对稻田系统养分流动路径的精准量化。
研究结果显示，不同水稻类型的物质投入存在显著差异。早籼稻的种子需求最高（5.6 kg/亩），而连作晚籼稻最低（0.9 kg/亩）。在肥料投入方面，单季粳稻的氮肥使用量达16.6 kg/亩，明显高于其他类型。产出方面，连作晚籼稻的谷物产量最高（540 kg/亩），相应的秸秆产量也达到529 kg/亩。
在养分潜力评估中，研究发现连作晚籼稻的秸秆养分含量显著高于其他类型，其中氮、P2O5和K2O含量分别达到6.1 kg、1.7 kg和1.4 kg。通过对比实际施肥量与最佳施肥量，发现单季粳稻的氮肥过量使用率高达236%，早籼稻和连作晚籼稻也分别达到194%和122%。
养分利用效率分析揭示了更深入的问题。单季粳稻表现出最均衡的营养吸收效率，而钾肥的整体吸收率普遍较低。在理论养分替代率方面，秸秆还田可替代的养分比例在13.6%-48.2%之间，但由于秸秆分解缓慢，养分季节性释放效率有限，实际替代效果受到制约。
最令人担忧的是养分平衡状况。早籼稻系统每亩总养分损失达17.46 kg，占总投入的56.3%；连作晚籼稻系统损失13.36 kg/亩（36.9%）；单季粳稻系统损失17.67 kg/亩（49.1%）。钾素的损失比例普遍较高，在各系统中均超过50%。
讨论部分指出，水稻品种差异对秸秆特性参数具有重要影响。本研究通过区分不同水稻类型，采用了更精确的草谷比系数（早籼稻0.80、连作晚籼稻0.98、单季粳稻1.03），为资源量化提供了可靠基础。同时，研究承认存在一定不确定性，如采样数量限制和氨挥发等因素未完全考虑，但通过区域代表性样本的选择和标准化实验设计，确保了研究结论的可靠性。
该研究的创新之处在于建立了适用于传统农区的水稻系统物质流分析框架，揭示了不同种植模式下养分流动的特殊规律。研究结果不仅证实了氮肥严重过量使用的普遍现象，还量化了秸秆还田的实际替代潜力，为优化养分管理策略提供了科学依据。
从实践意义来看，这项研究为区域农业政策制定提供了重要参考。研究表明，通过推广缓释肥料、优化秸秆还田技术等措施，可以有效提高养分利用效率，减少环境风险。同时，研究强调需要结合当地文化价值观推广循环农业理念，提高农民对可持续实践措施的接受度。
综上所述，这项研究通过系统性的方法整合和精细化的数据分析，揭示了水稻生产系统中养分管理的核心问题与发展潜力。建立的评估框架和数据集不仅为农业循环经济发展提供了科学基础，也为实现粮食安全与环境保护的双重目标指明了实践路径。未来研究应着重开展田间验证实验，探索有机改良剂的整合应用，并建立促进利益相关者参与的政策机制，推动可持续循环实践的广泛采用。
