沈其荣院士/张瑞福教授：生物与有机肥料未来研究展望

　　1新时期保障国家粮食安全和生态文明建设对生物与有机肥料需求更大

　　习近平总书记指出：“粮食安全是‘国之大者’”，“耕地是粮食生产的命根子，是中华民族永续发展的根基”，“解决粮食安全问题，关键在于藏粮于地、藏粮于技，要害是种子和耕地两个问题”。我国耕地地力低，中低产田占全国耕地面积的70%，障碍退化耕地占比高达40%，粮食生产能力面临着下降的风险。我国耕地土壤有机质含量平均值为18.63 g/kg，仅为世界平均水平的57%，远远低于发达国家和南美部分发展中国家，耕地基础地力对粮食生产的贡献率仅为50%，远低于美国的80%。提升耕地质量、建设高标准农田、保障国家粮食安全是新时期国家重大战略需求，将进一步推动有机肥料的研究与应用。

　　2024年中央一号文件明确提出，要加强农村生态文明建设，持续打好农业农村污染治理攻坚战，加强农业废弃物资源化利用。我国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，目前我国畜禽粪便年产量38亿t、农作物秸秆年产量9亿t。这些农业废弃物资源折算成氮磷钾养分约6000万t，若将农业废弃物的有机养分资源充分利用，预计可替代我国50%～70%的化肥养分。进一步通过科技创新大幅提高农业废弃物生产有机肥料的利用率，不仅保护了农村生态环境，而且减少化肥使用，提高耕地质量。

　　发展有机肥料是助力我国“双碳”目标实现的迫切需要，增施有机肥料是增加农田土壤碳汇最关键和可行的途径。农业土壤具有巨大的固碳减排潜力，在助力实现“双碳”目标中扮演重要角色。据测算，如果我国1.2亿hm2 (18亿亩)耕地每年通过施用有机肥料，耕层土壤有机碳每年递增0.1%，每年可以固定15亿t左右的CO2，农业土壤可为我国实现碳中和贡献约15%的碳汇份额。

　　我国现有生物肥料生产企业近4000家，年产量超过3500万t，年产值达400亿元以上，已经成为肥料家族的重要成员，在部分替代化肥、推动农业绿色发展方面发挥了重要作用。然而，生物肥料在我国整体肥料产业中占比较低，与欧美发达国家及巴西、阿根廷等国约20%占比相比，我国生物肥料产业发展空间巨大。制约我国生物肥料产业发展的主要瓶颈包括优异生产菌种匮乏、新型功能生物肥料产品缺乏等。我国提出在“十四五”时期，生物技术和生物产业加快发展，生物经济成为推动高质量发展的强劲动力，要求通过推动生物农业产业发展提高农业生产效率，发展绿色农业。随着我国农业发展对“绿色化”的需求逐步提高，生物肥料技术与产业发展也呈现加快趋势。

　　2生物与有机肥料未来研究重点

　　我国农业绿色发展实践和当今科技的快速发展为生物与有机肥料的研究提供了难得的机遇。为攻克生物与有机肥料研究中的一些难点和卡脖子技术，今后一段时期生物与有机肥料的研究应在以下方面继续加强。

　　(1)有机肥料生产原料中有害因子的阻控与消减

　　针对农业废弃物中重金属、塑料、残留抗生素、耐药基因、病原菌、致病病毒、害虫虫卵、杂草种子等有毒物质和有害生物的快速识别检测和高效消减机理不清、技术缺乏等问题，研究不同污染物及有害生物的赋存形态、传播机制、演化规律，开发快速识别与检测技术，建立有毒物质与有害生物数据库，揭示重金属、塑料、残留抗生素的毒理效应、生物转化与调控机制，研究有害因子高效消减技术，实现农业废弃物中有害因子消减的重大理论与技术突破。

　　(2)农业废弃物好氧堆肥过程中有机碳固存机制与腐殖质定向调控

　　在实现农业“双碳”目标和有机肥提质增效需求驱动下，堆肥过程中固碳减排和腐殖化过程的定向调控仍然是重要的目标。在基础研究方面，进一步阐释有机废弃物好氧堆肥中有机碳转化、固存、腐殖化过程的微生物学机制，在技术上，研究定向调控的技术途径。

　　(3)有机肥料的土壤固碳效应与机制

　　针对有机肥料施用后土壤固碳效率不高，有机碳累积规律不明确及其周转的微生物机制不明晰等问题，聚焦土壤微生物主导的有机质分解、转化和固定过程，通过研究有机肥料的土壤固碳培肥效应，提出有机肥料施用后的土壤有机质快速提升与稳定维持的技术途径，实现耕地地力和土壤碳库有效提升的重大突破。

　　(4)新型功能生物肥料研究

　　针对我国盐碱、酸化等障碍土壤多、高温干旱等农业灾害天气频繁等农业生产限制因素，充分利用微生物提高作物耐受盐碱、干旱、高温、寒潮、酸化等非生物胁迫的能力，在传统的以养分活化功能之外，研发增强作物抵抗非生物胁迫的新型功能生物肥料产品，实现增强作物抗逆新型功能生物肥料产业化，提高我国盐碱、酸化等障碍耕地作物产量，保障灾害天气下作物稳产。

　　(5)适合水肥一体化施用的新型生物与有机肥料研究

　　水肥一体化是今后农业水肥管理的发展趋势，既能节省施肥成本，又能充分发挥水肥协同效应，提高肥料利用效率，在生产实践中越来越普及。水肥一体化的前提是肥料的完全水溶性，这对有机肥和生物有机肥是个挑战，需要攻克水溶性有机质高效制取技术。