在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,土壤就像一塊“廚師”手中的面團(tuán),經(jīng)過精心“烹飪”,它能夠滋養(yǎng)出豐碩的糧食。而在這個過程中,農(nóng)業(yè)源有機(jī)物料就如同各種調(diào)料,為土壤增添了豐富的味道。
近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所農(nóng)業(yè)清潔流域團(tuán)隊,通過集成學(xué)習(xí)創(chuàng)新了土壤健康評價方法,揭示了不同農(nóng)業(yè)源有機(jī)物料對農(nóng)田土壤健康的定量影響,確定了改善土壤健康的合理閾值及實施的技術(shù)途徑,對土壤健康管理與施肥決策具有指導(dǎo)意義,相關(guān)研究成果發(fā)表在《農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境(Agriculture, Ecosystems & Environment)》上。
農(nóng)田土壤健康是糧食安全的基石。正如人類的健康需要定期體檢和精心照料,土壤同樣需要科學(xué)的診斷和護(hù)理。土壤健康評價如同給土壤做體檢,它提供了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有效管理的依據(jù)。通過科學(xué)有效診斷和評估土壤健康狀況,我們可以為土壤提供恰到好處的“烹飪”方式,確保其持續(xù)為作物提供充足的養(yǎng)分。
在農(nóng)業(yè)中,有機(jī)物料是改善土壤健康的關(guān)鍵“調(diào)料”。這些“調(diào)料”包括動物源有機(jī)物料(如糞肥)和植物源有機(jī)物料(如秸稈、生物炭和綠肥)。它們?nèi)缤髲N手中的各種調(diào)料,為土壤提供了豐富的營養(yǎng)。
在這項研究中,科學(xué)家們利用基于樹結(jié)構(gòu)的集成學(xué)習(xí)算法,通過訓(xùn)練、交叉驗證和測試集成了土壤健康評價模型。模型顯示,動物源有機(jī)物料相較于植物源有機(jī)物料具有更好的土壤健康改善效果。這可能是因為動物源有機(jī)物料含有更豐富的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素,能更直接地為土壤提供養(yǎng)分。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),相比于單施化肥,動物源和植物源有機(jī)物料對于水稻、小麥和玉米的土壤健康指數(shù)提升幅度分別達(dá)到了23.8%~39.8%和13.4%~24.4%。這說明在合適的有機(jī)替代比例下,“調(diào)料”能夠大大提升“烹飪”效果。通過二項式函數(shù)擬合發(fā)現(xiàn),水稻、小麥和玉米的有機(jī)替代合理區(qū)間分別為26.4%~29.2%、27.0%~29.8%和29.6%~32.8%。這一發(fā)現(xiàn)如同烹飪中的黃金比例,為農(nóng)業(yè)管理提供了精確的指導(dǎo)。
這項研究不僅證實了動物源有機(jī)物料在改善土壤健康方面的優(yōu)勢,而且揭示了通過優(yōu)化有機(jī)物料的施用比例,可以實現(xiàn)可持續(xù)的農(nóng)業(yè)管理并減輕對環(huán)境的負(fù)面影響,這為未來的農(nóng)業(yè)發(fā)展指明了方向,即通過精細(xì)化管理,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。