实现亚热带蔬菜可持续生产的氮肥综合管理策略：一种多目标方法

《Journal of Cleaner Production》：Integrated nitrogen fertilizer management strategies for sustainable subtropical vegetable production: A multi-objective approach

　　

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  一种多目标框架揭示了不同氮管理策略之间的可持续性权衡。
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  为期四年的田间试验评估了最优的氮管理策略。
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  优化后的尿素使用可降低环境和社会成本43–59%，同时提升产品品质。
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  高效肥料进一步提升了整体的可持续性。
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  综合氮管理策略实现了生产力、环境表现与盈利能力的平衡。

引言

蔬菜是营养丰富的食物，也是健康饮食的重要组成部分（Wang等，2023）。中国约占全球蔬菜产量的52%（FAO，2024），但其集约化种植模式往往存在氮肥施用量远超作物需求的状况（Wang等，2021）。过量施用氮肥不仅会降低蔬菜品质（Liu等，2025a），还会导致大量活性氮流失（Ti等，2015），进而引发温室气体排放、土壤酸化和水体富营养化等问题（Jensen等，2024；Zhang等，2021a；Zhou等，2024）。这些问题进一步威胁着生态系统健康和人类福祉（Gu等，2023）。在温暖潮湿的亚热带蔬菜种植区，高温高湿的环境加上大量施肥，会加速氮的转化，增加活性氮流失的风险（Zhang等，2017），因此，制定能够同时保障生产力并减轻环境影响的区域针对性氮管理策略，已成为实现蔬菜生产可持续发展的关键任务。

优化氮肥管理已被证明能够在维持蔬菜产量和品质的同时减少环境负担（Ishfaq等，2023；Liu等，2025c）。包括含硝化抑制剂的产品和控释尿素在内的高效肥料，因能同时兼顾生产力与环境保护问题而展现出巨大潜力（Pan等，2024；Xia等，2017）。有机替代肥料也有助于改善土壤健康和蔬菜的营养价值（Bi等，2022；Xu等，2024；Zhou等，2019）。不过，这些措施的成效会因气候、土壤条件及蔬菜品种的不同而存在显著差异（Fan等，2024；Pan等，2024）。尽管单一的氮管理措施已显示出明显优势，但仅改进某一项管理措施并不一定能同时在农业、环境和经济层面带来整体改善（Liu等，2025a；Zhang等，2021b）。因此，人们越来越重视通过结合多种互补措施来实现综合氮管理策略，从而提升整个系统的性能（Wang等，2021）。此外，由于农业和环境响应会受到气候变化的强烈影响，尤其是在温暖潮湿的亚热带地区，氮管理策略的成效也会随年份而变化（Bi等，2022）。所以，基于短期试验得出的结论可能无法充分体现氮管理策略在农业响应方面的稳定性及其带来的长期环境后果，这就凸显了开展长期田间试验以获得可靠且具有代表性的研究数据的重要性。

因此，为了评估氮肥施用方法的适用性、可持续性及未来发展趋势，开展多维度分析至关重要（An等，2025；Xu等，2024；Yao等，2025）。虽然作物产量和经济效益仍是农民决策的主要依据，但环境影响也必须纳入可持续性评估体系之中。在各种作物生产系统中，生命周期评估方法能够系统地量化环境影响（Chen等，2014；Sevenster等，2024；van der Werf等，2020；Zhang等，2021a），识别污染热点（An等，2025），并将农业污染物与生态系统影响及人类健康风险联系起来（Quintero-Angel和González-Acevedo，2018）。已有不少研究运用这种方法来指导作物生产的优化管理（Di等，2024；Gu等，2023；Kang等，2023）。然而，针对亚热带蔬菜生产中的氮管理可持续性评估，往往只关注作物生产力、氮利用效率或环境影响等特定方面（Liu等，2024；Zhang等，2017）。这样一来，不同可持续性目标之间的相互作用、协同效应及权衡关系就难以得到充分量化，尤其是在长期田间条件下，这限制了针对不同区域制定均衡的氮管理策略。

为填补这些知识空白，本研究在典型的亚热带露地辣椒（Capsicum annuum L.）种植区，连续开展了两年、每届为期四年的田间试验（2019–2022年）。通过系统比较几种具有代表性的综合氮管理策略，并运用多目标可持续性评估框架，本研究旨在量化不同管理方案之间的权衡与协同效应。研究目标包括：（1）评估综合氮管理策略对辣椒产量和品质的影响；（2）分析其对环境表现和经济效益的影响；（3）找出能够在保障环境可持续性的同时，实现生产力、品质与盈利能力平衡的可持续氮管理策略。通过将长期田间观测数据与多目标可持续性评估框架相结合，本研究为亚热带蔬菜生产系统中制定适合各地区的可持续肥料管理策略提供了有力的证据和决策支持依据。

章节要点

试验地点

田间试验于2019年至2022年在中国重庆的西南大学合川实验站进行，该地属于亚热带雨养农业区，地理坐标为北纬30°00′，东经106°07′。在这段时间内，试验1和试验2每年在四个辣椒生长季分别开展。辣椒是这里的主要蔬菜作物，其生长季节通常为4月至9月，之后10月至1月则种植大白菜，其余时间田地处于休耕状态

辣椒的商品产量

在试验1中，辣椒的商品产量受氮肥施用量显著影响（p??1这一最佳施用水平时，产量开始上升，超过这一剂量后则不再有明显增长。最佳施用处理组的产量比对照组高185%，比OPT*70%处理组高19%。不过，最佳施用处理组的产量与OPT*130%处理组以及FNP处理组的产量之间没有显著差异（p?>?0.05）（见图2a）。

在试验2中，产量反应情况则有所不同

亚热带辣椒生产中传统氮管理方式的可持续性较低

田间试验和多目标可持续性评估结果表明，亚热带露地辣椒种植系统中的传统氮管理方式存在氮利用效率低、蔬菜品质不佳以及严重的环境负担等问题，最终导致其整体可持续性指数最低（见图9）。传统氮管理方式会导致更高的活性氮流失、温室气体排放以及土壤酸化和富营养化风险（见图6）。这些环境负担的程度要远远高于

结论

本研究表明，优化氮管理对于在亚热带蔬菜生产系统中实现生产力、果实品质与可持续性的平衡至关重要。传统的施肥方式可持续性最差，表现为氮利用效率低、环境和社会成本高，且果实品质较差。相比之下，以最佳施用量施用氮肥能够显著提高氮肥利用效率与果实品质，同时大幅降低环境负担

CRediT作者贡献说明

张芬：概念设计、数据整理、定量分析、研究实施、方法设计、结果验证、初稿撰写、论文修订。 马晓：概念设计、数据整理、研究实施、方法设计、结果验证。 曹海玲：数据整理、研究实施、方法设计、结果验证。 刘法波：研究实施、方法设计、结果验证。 梁涛：数据整理、资源协调、论文修订。 陈新平：概念设计、资金申请、方法设计、资源协调，

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：32472834）、国家高层次人才支持计划以及西南大学的“创新2035”试点计划（编号：SWU-XDZD22001）的资助。

Fen Zhang|Xiao Ma|Hailing Cao|Fabo Liu|Tao Liang|Xinping Chen|Xiaopeng Gao|Xiaozhong Wang