综述：基于决策支持系统实现生物肥的针对性应用：综述

《Precision Agriculture》：Integrating decision support systems for site-specific application of bio-based fertilizers: a review

　　

摘要

目的

在“欧洲绿色协议”和“从农场到餐桌”框架下，精准农业是推动可持续食品生产的关键策略。尽管对234项研究（1988-2005年）的元分析表明，在68%的案例中精准农业具有盈利性，但要充分实现其在经济、环境和社会方面的潜力，仍需重视可持续性验证以及与循环养分系统的整合。源自循环生产过程的生物基肥料为矿物肥料提供了有前景的替代方案——欧盟委员会在2025年9月进一步支持将从粪肥中提取的氮元素作为《硝酸盐指令》下合成氮肥的可持续替代品，这一举措也强化了这一观点。然而，生物基肥成分的差异性及其养分释放规律给基于过程的建模以及其在变量率施用中的应用带来了独特挑战。

方法

本文对针对不同地块的生物基肥料施用情况进行了最新综述，指出了将生物基肥料纳入变量率施用和基于过程的建模中所存在的研究空白，并明确了在这两种应用方式中需要考虑的关键挑战。为此，本文梳理了现有关于生物基肥料应用的文献，将其分为实验室研究、温室研究和田间研究三类，同时介绍了当前变量率施用技术的发展状况以及基于过程的建模在该技术中的应用情况。研究结果围绕精准农业中针对不同地块施用生物基肥所遵循的5R原则展开：合适的施用量（统一施用与变量率施用，需考虑生物基肥成分的差异性）、合适的来源（预处理过的循环产品）、合适的施用技术（结合各类田间和温室研究中的施用方法）、合适的施用地点和时机，其中后两者可通过基于过程的建模以及遥感和近程传感器技术整合到决策支持系统中来实现优化。

结果

要准确模拟生物基肥中的氮元素动态，就需要在考虑当地天气条件的前提下，呈现矿物氮形式（NH₄⁺、NO₃^-）在输入源、土壤中的存在形式、施用方法以及流失途径之间的迁移和转化过程，这也是本研究的核心内容。虽然APSIM、HERMES、SALUS和DSSAT等基于过程的模型已成功应用于矿物肥料的变量率施用，但它们在生物基肥料领域的应用仍然较为有限，尤其是在评估田间尺度上的硝酸盐渗漏以及一氧化二氮排放方面。结论是：基于过程的模型与针对特定地块的监测相结合，能够将决策支持的范围从产量估算扩展到环境影响评估方面，而且一旦经过验证，就能为政策制定者提供具备空间信息的有效依据。未来的系统应把农民的管理措施、当地天气条件以及农学背景等因素与产量数据一同作为分析依据。