化肥在保障全球粮食安全中发挥了重要作用，但其过量施用引发的面源污染与土壤退化问题日益严峻。利用畜禽粪便或作物堆肥替代部分化肥，被认为是保持土壤肥力、降低环境风险的有效措施。然而，在我国以小农户为主的农业生产体系中，种养结合虽紧密，但受限于作物生产力与养分管理方式，有机肥的产生量并非无限。如何界定有机肥替代化肥的潜力阈值，并选择高效的有机物料循环模式，是实现农业低投入、高效益、可持续发展的核心科学问题。

基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所土肥水高效利用与绿色肥料创新组群，依托辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站不同施肥制度长期实验平台，系统评估了两种典型有机物料循环模式——玉米种植-生猪养殖模式（MPF）与玉米种植-好氧堆肥模式（MAC）——在四种不同施肥制度下的有机替代潜力阈值与经济效益。研究发现：有机无机配施下作物产量显著高于单施化肥处理，体现了种养结合的增产效应；在养分残留与替代上限方面，MAC模式的生物质残留量与养分截留效率均优于MPF模式，前者有机肥年产量为1.7~3.3 t ha^-1（干基），后者为1.5~2.6 t ha^-1；MPF模式对氮、磷化肥的最大替代潜力阈值分别为37.5%和69.7%，而MAC模式则提升至59.7%和89.3%（图1）。经济效益分析显示，尽管MAC模式在养分保持与替代潜力方面更具优势，但其系统净收益显著低于MPF模式的种养结合收益，揭示出生态效益与农户经济接受度之间的权衡关系。该研究从农业生态系统整体视角明确了小农户生产条件下有机替代的阈值效应，指出盲目提高替代比例可能受区域性资源总量制约，有机替代策略应结合区域特征因地制宜。相关成果为优化农业生产中养分管理、延伸有机废弃物处理链条提供了依据，也为农业面源污染防控及“双碳”目标下的农田固碳减排实践提供科学支撑。

该项研究以“Assessing organic substitution thresholds in smallholder farms: results from a 34-year experiment on crop—livestock integration systems”为题于2026年4月发表在European Journal of Agronomy期刊。中国科学院沈阳应用生态研究所特别研究助理宁宇为第一作者，宇万太研究员、马强研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金项目等的资助。

图1 中国东北地区不同施肥制度下MPF与MAC模式的有机替代潜力及经济效益差异