综述：中国集约化谷物生产系统中局部施肥的农艺、环境和经济效益综合评估

该综述聚焦中国 "高投入 - 高产出" 施肥模式困境，通过整合 85 项田间研究，证实局部施肥（LPF）可提升小麦、水稻、玉米产量（+13.62%）和氮素回收效率（REN，+33.09%），同时减少 N2O（-17.37%）和 NH3排放（-60.14%），并明确施肥深度等关键影响因素，为可持续施肥提供科学依据。

　　

研究背景与挑战

全球粮食安全与生态保护的矛盾日益突出，中国 "高投入 - 高产出" 的传统施肥模式（如地表均匀撒施）导致氮肥利用率低下（全国 REN 约 25%），伴随氨（NH₃）、氧化亚氮（N₂O）等气态排放及土壤退化等环境问题。局部施肥（LPF）作为一种创新技术，通过将肥料定向深施于作物根区，优化养分供应与根系吸收的协同性，被认为是破解产量、环境与经济三重挑战的潜在方案。

研究方法与数据整合

研究采用 Meta 分析整合 2002-2023 年发表的 85 项田间试验数据，运用随机效应模型评估 LPF 在不同管理措施、气候和土壤条件下的效应，并通过中国多省份田间试验验证。分析指标涵盖作物产量（小麦、水稻、玉米）、氮素回收效率（REN）、NH₃和 N₂O 累积排放量及经济效益。

核心结果：农艺效益显著提升

Meta 分析显示，与传统地表施肥（CSA）相比，LPF 显著提高谷物产量达 13.62%。不同作物响应存在差异：玉米增产 6.21%，水稻增幅最大（34.63%），小麦增产 2.92%。氮素回收效率（REN）提升尤为突出，达 33.09%，表明 LPF 通过减少土壤养分固定、促进根系对铵态氮（NH₄⁺-N）的吸收，显著优化氮素利用。田间验证试验进一步证实，免追肥的 LPF 处理可提升净经济效益 26.01%，归因于肥料投入减少和劳动力成本降低。

环境效益：气态排放显著降低

LPF 对环境的改善作用体现在大幅削减 NH₃和 N₂O 排放。数据显示，NH₃排放量减少 60.14%，N₂O 排放降低 17.37%。施肥深度是关键影响因素：5-15 cm 深度可兼顾产量与 REN 最大化，而超过 15 cm 的深度更利于抑制气态排放。这一差异与土壤氧化还原环境改变相关 —— 深层施肥减少氮素在地表氧化层的暴露，抑制氨挥发和硝化 - 反硝化过程。

关键影响因素与机制解析

研究揭示，LPF 的效果受多重因素调控：

1. 施肥深度：不同作物存在最佳深度范围，如直播水稻适宜 8-12 cm，玉米需 25 cm 深层施肥，浅层（<5 cm）则效果有限。
2. 土壤与气候：高温多雨地区需注意深层施肥以减少淋溶，而干旱区浅层施肥可促进根系浅层分布，提高水分养分协同吸收。
3. 肥料类型与管理：集中施用尿素可通过局部高浓度抑制硝化细菌活性，实现 "生物抑制" 效果，支持一次性施肥而无需追肥，简化农艺操作。

经济效益与可持续性

经济分析表明，LPF 通过减少施肥次数（如免追肥）和肥料用量，降低劳动力成本与投入成本，同时通过增产提升收益。以玉米为例，单季净收益提升约 26%，水稻和小麦亦有显著经济增益。这种 "节本增效" 特性使其在劳动力短缺的农村地区更具推广潜力。

结论与展望

本研究系统证实 LPF 在提升作物生产力、减少环境负荷和增加经济效益方面的三重效益，为中国集约化农业的可持续转型提供了技术路径。未来需进一步研发适配不同作物与区域的施肥机械，优化肥料类型（如缓释肥与 LPF 结合），并通过跨学科合作推动技术落地。研究结果亦为全球养分管理提供参考，助力实现 "粮食安全 - 生态健康 - 农民增收" 的协同目标。