绿肥-花生轮作体系下减氮施肥对产量-经济-土壤可持续性的协同优化研究

《Farming System》：Assessing trade-offs between peanut productivity, economic returns, and soil sustainability under reduced nitrogen fertilizer in a green manure–peanut rotation: A CRITIC–TOPSIS approach

本研究针对花生连作障碍和氮肥过量施用问题，通过两年田间试验结合CRITIC-TOPSIS多准则决策模型，系统评估了黑麦草还田与减量施氮的协同效应。结果表明：绿肥还田配施90 kg N ha-1（减氮25%）在维持产量同时显著提升土壤有机碳（SOC）、氮素利用率（ANUE）和酶活性，为构建可持续花生生产体系提供优化方案。

　　

在中国主要花生产区，长期连作导致的土壤退化、病虫害加剧以及氮肥过量施用等问题，严重制约花生产业的可持续发展。农民为维持产量往往盲目增施氮肥，反而造成氮素利用效率（NUE）持续下降，形成恶性循环。引入绿肥作物轮作被视为破解这一难题的有效途径，但如何平衡绿肥管理方式（还田与移除）与氮肥用量的关系，实现农业生态效益与经济效益的协同提升，仍是当前研究的薄弱环节。

山东农业大学研究团队在《Farming System》发表论文，通过为期两年的田间试验，创新性地将CRITIC-TOPSIS多准则决策方法应用于绿肥-花生轮作系统评价。研究采用裂区设计，主区为黑麦草全量还田（H）与地上部移除（R）两种管理方式，副区设置4个氮肥水平（120、90、60、0 kg N ha^-1），形成8个处理组合。通过系统监测土壤理化性质、花生产量、氮素利用效率及经济效益等指标，构建涵盖土壤质量、经济收益和氮素效率的多维度评价体系。

关键技术方法包括：田间试验采用裂区设计进行双年度重复；土壤指标测定涵盖容重（SBD）、有机碳（SOC）、全氮（TN）及脲酶（Ur）、蔗糖酶（Inv）、纤维素酶（Ce）活性；氮素利用效率通过氮肥偏生产力（PFP_N）和农学氮素利用率（ANUE）评估；经济效益分析基于投入产出核算；采用CRITIC法确定指标客观权重，结合TOPSIS模型进行综合排序，并通过500次蒙特卡罗模拟进行敏感性分析。

3.1 土壤理化性质

绿肥还田显著降低土壤容重，提升有机碳和全氮含量。与移除处理相比，HN90处理使土壤容重降低7.72%，SOC和TN含量分别提高51.38%和11.47%。酶活性分析显示，还田处理下脲酶、蔗糖酶和纤维素酶活性分别较移除处理提高6.98%、35.92%和9.15%，表明绿肥还田有效激活土壤微生物功能。

3.2 籽粒产量与氮素利用效率

减氮处理虽降低产量，但HN90处理在2024年产量与全氮处理（HN120）无显著差异，且氮肥偏生产力（PFP_N）和农学氮素利用率（ANUE）分别提升29.60%和45.57%，证明25%减氮结合还田可实现产量与效率的协同提升。

3.3 经济效益

移除处理因黑麦草饲料收益获得更高年度净收益（RN120达53966.2 CNY ha^-1），但还田处理通过改善土壤基础肥力表现出持续增产潜力。成本收益分析显示，还田处理虽牺牲当期饲料收益，但降低耕作成本并减少化肥投入。

3.4 基于CRITIC-TOPSIS的综合评价

多维度综合评价表明，HN90处理连续两年排名第一，其在土壤改良、产量稳定和资源效率方面的优势得到客观权重支持。敏感性分析验证该结果稳定性，其排名保持率达77.4%-96.6%，显著优于其他处理。

研究结论确认绿肥还田配施90 kg N ha^-1为最优管理策略。该模式通过绿肥提供的碳源和养分，激发土壤酶活性和微生物活动，形成“土壤资本”累积效应。尽管移除处理短期经济效益突出，但还田模式通过提升土壤有机质、优化氮素循环，为系统可持续性提供核心支撑。该研究为花生主产区推行绿色低碳耕作制度提供理论依据，对实现农业碳中和目标具有实践意义。