農(nóng)田生態(tài)化學(xué)計(jì)量研究進(jìn)展

葉 迎，趙考誠(chéng)，馬 軍，莊恒揚(yáng)

（揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚(yáng)州225009）

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)（Ecological stoichiometry）概念最先于2000年由Elser等［1］明確提出，其理論確立的標(biāo)志是Elser和Sterner于2002年出版的《生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)：從分子到生物圈的元素生物學(xué)》——第一本生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)專著。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)成為一門(mén)較為系統(tǒng)、基本的學(xué)科始于2004年，其標(biāo)志為Sterner和Elser在Ecology和Oikos上發(fā)表了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)專題［2］。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是一門(mén)研究生態(tài)作用和生態(tài)過(guò)程中多重化學(xué)元素平衡的學(xué)科，為探究生物地球化學(xué)循環(huán)提供了十分重要的研究手段［3，4］。其主要研究生態(tài)系統(tǒng)C、N、P元素之間的關(guān)系，目前，已廣泛應(yīng)用于生物體營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)、微生物營(yíng)養(yǎng)、限制性元素的判斷、生態(tài)系統(tǒng)比較分析及全球生物地球化學(xué)循環(huán)等研究中［5］，并取得了許多研究成果。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一種以作物為中心的農(nóng)田生物與其生態(tài)環(huán)境相互作用形成的自然調(diào)控機(jī)制且具有一定功能的人工生態(tài)系統(tǒng)，C、N、P元素的生態(tài)化學(xué)計(jì)量反映了其基本功能和生產(chǎn)力的狀況［6］。與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比較，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤C、N、P養(yǎng)分易受到耕作施肥、土地利用方式等人為的支配和干預(yù)，導(dǎo)致其存在較大的空間異質(zhì)性。因此，研究C、N、P在農(nóng)田土壤中的循環(huán)與平衡特征及其與農(nóng)田生態(tài)化學(xué)計(jì)量之間的關(guān)系，利于提升農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)穩(wěn)性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)關(guān)于生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究也逐漸增多，主要集中在森林和草原的自然生態(tài)系統(tǒng)研究方面［7-12］，關(guān)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究相對(duì)較少。基于此，本文從農(nóng)田土壤、作物生態(tài)化學(xué)計(jì)量及其農(nóng)業(yè)管理措施效應(yīng)等方面進(jìn)行梳理。

1 農(nóng)田土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量

1.1 農(nóng)田土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量的區(qū)域特征

土壤是由有機(jī)質(zhì)和N、P等營(yíng)養(yǎng)元素所組成，生物地球化學(xué)循環(huán)、土壤質(zhì)量及有機(jī)質(zhì)預(yù)測(cè)指標(biāo)通過(guò)土壤C∶N∶P反映，同時(shí)其也是判別礦化作用及C、N、P元素固持作用的指標(biāo)［13］。成土母質(zhì)、土壤類型、地形因子、氣候條件、土地利用方式等對(duì)土壤C∶N∶P的變化均有極顯著影響［14］。孫騫等［15］對(duì)黃土丘陵區(qū)小流域土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量研究表明，研究區(qū)坡度、土地利用類型（梯田、林地、退耕地、荒草地）和地貌位置對(duì)土壤C∶N有顯著影響，C∶N隨坡度增大而增加，梯田C∶N最低，林地最高；坡度和土地利用類型對(duì)土壤C∶P有顯著影響，C∶P隨坡度增大而增加，梯田顯著低于其他3種土地利用類型；海拔和土地利用類型對(duì)土壤N∶P有顯著影響，N∶P隨著海拔的升高而增大，梯田N∶P顯著低于其他3種土地利用類型。土壤C∶P和N∶P常隨著土壤剖面呈現(xiàn)出急劇減小的趨勢(shì)，且垂直遞減的速率快于C∶N，人類干擾活動(dòng)（土地利用方式變化、火燒等）會(huì)顯著改變土壤C、N、P等養(yǎng)分的垂直分布格局和變化速率［16］。

農(nóng)田土地利用方式的改變導(dǎo)致作物凋落物及殘?bào)w、肥料施用量在性質(zhì)和數(shù)量上均有差異，進(jìn)而影響土壤C、N、P等營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征［17］。中國(guó)農(nóng)田土地利用方式主要分為5類：一季水稻、兩季水田、水旱輪作、一季旱作和兩季旱作［13］。張晗等［13］研究表明，土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征受不同農(nóng)田利用方式的顯著影響，土壤有機(jī)碳和全氮平均含量表現(xiàn)為：兩季水田＞水旱輪作＞一季水田＞一季旱地＞兩季旱地；土壤全磷平均含量表現(xiàn)為：兩季旱地＞兩季水田＞一季水田＞一季旱地＞水旱輪作；土壤C∶N表現(xiàn)為：兩季水田＞兩季旱地＞一季水田＞水旱輪作＞一季旱地；土壤C∶P表現(xiàn)為：水旱輪作＞兩季水田＞一季水田＞一季旱地＞兩季旱地；土壤N∶P表現(xiàn)為：水旱輪作＞一季旱地＞兩季水田＞一季水田＞兩季旱地。土地利用方式與環(huán)境因子影響著農(nóng)田土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量的變化，土壤C∶N∶P對(duì)C、N、P儲(chǔ)量及養(yǎng)分的限制性具有重要的指示作用［13］。

1.2 土壤微生物與土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量的關(guān)系

土壤微生物是土壤中最活躍的生物組分，在土壤養(yǎng)分循環(huán)與轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用，微生物自身的C、N、P平衡狀況不僅與其活性有關(guān)，還與在分解有機(jī)質(zhì)過(guò)程N(yùn)、P等養(yǎng)分釋放有關(guān)，因此，土壤微生物C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量成為熱點(diǎn)之一［18］。Xu等［19］對(duì)全球土壤與微生物生物量C、N、P進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，農(nóng)田土壤微生物生物量的內(nèi)穩(wěn)性最弱。卓志清等［20］研究表明，C∶N影響微生物分解有機(jī)質(zhì)的速度，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳和氮素的循環(huán)，一定范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)分解速度隨C∶N的增高而變慢；C∶N較低時(shí)，超過(guò)微生物生長(zhǎng)所需的N就會(huì)釋放到土壤中，導(dǎo)致土壤氮素漸漸增加。C∶P是磷有效性的表征參數(shù)，C∶P較低利于土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)釋放養(yǎng)分［20］，C∶P較低說(shuō)明土壤微生物在礦化有機(jī)質(zhì)中釋放P的潛能較大；C∶P較高時(shí)，對(duì)于土壤有效磷的吸收，作物與微生物間會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，可以起到有效固磷的作用，因而土壤微生物量P對(duì)土壤有效磷庫(kù)具有同化性［21］。土壤微生物量C、N含量極顯著地隨著土壤有機(jī)碳和全氮含量的增加而增加，土壤微生物量P含量也極顯著地隨著土壤全磷和速效磷含量的增加而增加［22］。土壤N∶P是控制土壤微生物分布的重要環(huán)境因子［23］，土壤N、P含量變化會(huì)直接導(dǎo)致微生物量N、P化學(xué)計(jì)量的改變［24］。

1.3 施肥對(duì)土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響

不同施肥模式對(duì)土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量有顯著影響，其中長(zhǎng)期施肥與秸稈還田影響較大。宋亞輝等［25］研究施肥對(duì)黃土高原農(nóng)地土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響表明，農(nóng)田施肥顯著影響耕層（0～20 cm）和下層（20～40 cm）土壤C、N、P含量，其中，有機(jī)肥+磷肥配施能顯著提高耕層和下層土壤C、N、P含量；相較于耕層土壤，下層土壤C、N、P含量受施肥年限的影響更為明顯。施肥顯著影響土壤C∶P和N∶P，以單施有機(jī)肥或有機(jī)肥+氮肥配施最為顯著；有機(jī)肥+磷肥配施則顯著提高了下層土壤C∶P。施肥年限對(duì)農(nóng)田下層土壤C∶N∶P的影響更為明顯，氮肥+磷肥或有機(jī)肥+氮肥配施時(shí)影響最大。耕層與下層土壤C∶N∶P之間具有明顯差異，單施有機(jī)肥時(shí)二者之間的差異最為顯著。

作物秸稈還田已成為改良農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的重要途徑。秸稈還田為農(nóng)田土壤補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)，提高土壤C∶N，進(jìn)而增強(qiáng)土壤對(duì)氮的固持能力［26］。秸稈在農(nóng)田中腐解后，部分氮素被釋放并供土壤微生物與作物吸收利用，從而導(dǎo)致土壤C∶N增加［27］。秸稈還田可有效提高耕層土壤（0～20 cm）全氮含量，且土壤全氮含量隨著還田年限的增加而逐漸提高，但增幅逐漸下降［28］。隨著秸稈還田年限增加，耕層0～5 cm與其他層有機(jī)碳和C∶N層化率呈先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)，而全氮層化率呈先下降后上升的趨勢(shì)；秸稈還田年限對(duì)（0～5）cm∶（5～10）cm影響小于（0～5）cm∶（10～20）cm有機(jī)碳層化率，對(duì)全氮層化率的影響則相反，而對(duì)C∶N影響相近；隨著秸稈還田年限的增加，0～20 cm各土層有機(jī)碳和全氮含量均提高，表明秸稈還田有利于0～20 cm各土層有機(jī)碳和全氮的固定積累，但秸稈還田6年后土壤C、N固存量增幅明顯降低［28］。

施肥對(duì)土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響與土壤對(duì)不同養(yǎng)分的固定特點(diǎn)和投入輸出的平衡有關(guān)。一般氮素在土壤中損失途徑比較多，非生產(chǎn)性輸出比例較高，主要通過(guò)有機(jī)氮積累加以固定，與產(chǎn)投平衡關(guān)系密切程度較低；而磷損失途徑較少，既可以通過(guò)有機(jī)也可以通過(guò)無(wú)機(jī)形式固定，土壤中含磷變化與產(chǎn)投平衡關(guān)系較為密切，一些長(zhǎng)期定位試驗(yàn)很好地揭示了養(yǎng)分產(chǎn)投平衡與土壤養(yǎng)分含量變化的關(guān)系，氮磷平衡關(guān)系不同，最終改變土壤的氮磷化學(xué)計(jì)量［29，30］。

1.4 耕作制度對(duì)土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響

農(nóng)田耕作對(duì)土壤有較大的干擾，使得團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，長(zhǎng)期作業(yè)后會(huì)引起土壤有機(jī)質(zhì)含量急速下降［31］。長(zhǎng)期免耕避免了農(nóng)田耕作的培肥缺點(diǎn)，減少了土壤擾動(dòng)次數(shù)，利于土壤結(jié)構(gòu)體的形成和腐殖質(zhì)的積累，使得富含C、N的土壤穩(wěn)定性和團(tuán)聚體數(shù)量增加，并使土壤養(yǎng)分向表層富集［32］。連作由于作物養(yǎng)分的偏好性吸收，影響土壤營(yíng)養(yǎng)元素的生態(tài)化學(xué)計(jì)量。長(zhǎng)期植煙使得土壤有機(jī)碳大量消耗，土壤C∶N、C∶P明顯下降，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)退化，生產(chǎn)力降低［33］。劉恩科等［22］經(jīng)過(guò)16年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小麥-玉米→小麥-大豆復(fù)種輪作方式并單施化肥可以提高土壤養(yǎng)分和微生物生物量C、N、P的含量，小麥-玉米→小麥-大豆復(fù)種輪作并施氮磷鉀化肥的微生物生物量C、N、P含量高于玉米-小麥復(fù)種連作并施氮磷鉀化肥。

退耕是中國(guó)近十幾年來(lái)采取的重要土地保護(hù)措施。退耕顯著提高了紅壤C∶N∶P，其中C∶N在各粒級(jí)團(tuán)聚體中表現(xiàn)較為穩(wěn)定，而C∶P、N∶P變異性較大，在各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體中均顯著升高［34］。常規(guī)耕作土壤C∶N顯著低于退耕恢復(fù)，退耕恢復(fù)各粒級(jí)團(tuán)聚體中C∶N變化不顯著，但在同一粒級(jí)團(tuán)聚體中，其與常規(guī)耕作的有機(jī)質(zhì)分解速率并無(wú)差異，且?guī)缀醪挥绊懜髁＜?jí)團(tuán)聚體C∶N［34］。常規(guī)耕作全土以及各粒級(jí)團(tuán)聚體中C∶P、N∶P均顯著低于退耕恢復(fù)，原因在于：長(zhǎng)期退耕恢復(fù)使大團(tuán)聚體（＞2 mm和0.25～2.00 mm）與微團(tuán)聚體（0.053～0.250 mm）中有機(jī)碳和全氮含量均不同程度地增高，同時(shí)使全磷含量顯著降低，從而導(dǎo)致退耕恢復(fù)C∶P、N∶P相對(duì)較高［34］。

2 作物生態(tài)化學(xué)計(jì)量

2.1 作物種類和生育期生態(tài)化學(xué)計(jì)量差異

不同作物各器官在不同生育期生態(tài)化學(xué)計(jì)量差異顯著。豆科與禾本科作物體內(nèi)養(yǎng)分含量有較大差異，通過(guò)對(duì)其子實(shí)和莖稈的比較，發(fā)現(xiàn)豆科作物比禾本科作物的氮素含量高［35］。羅艷等［36］研究綠洲農(nóng)田不同生育期玉米根莖葉生態(tài)化學(xué)計(jì)量發(fā)現(xiàn)，玉米各器官C、N含量均表現(xiàn)為葉＞莖＞根，P表現(xiàn)為莖＞葉＞根，C∶N和C∶P均表現(xiàn)為葉＞根＞莖，N∶P則為葉＞莖＞根；成熟期葉的C∶N顯著高于其他生育期，乳熟期根和莖的C∶P均顯著高于其他生育期，而乳熟期葉的N∶P顯著低于其他生育期，成熟期根和莖的N∶P顯著低于其他生育期。棉花的根、莖、葉C∶N在出苗期至花鈴期間存在顯著差異，盛鈴期與吐絮期的根、莖、葉與棉子和纖維間差異顯著；各器官N∶P在出苗期無(wú)明顯差異，其后均存在顯著差異；各器官C∶P在出苗期和苗期、蕾期和花鈴期、盛鈴期和吐絮期間差異表現(xiàn)出一致性［37］。

2.2 施肥對(duì)作物生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響

施肥方式對(duì)作物不同部位生態(tài)學(xué)計(jì)量的影響不同。田懷鳳等［38］研究豬場(chǎng)廢水施用對(duì)直播稻磷素吸收利用與氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響發(fā)現(xiàn)，在各個(gè)生育期，水稻植株的吸磷量、含磷量均隨廢水施用量增加而增加，在齊穗期、成熟期植株、秸稈和子粒的N∶P與廢水施用量均呈顯著正相關(guān)。水稻植株的N∶P一般以齊穗期最低，以成熟期最高，反映出水稻在不同生育時(shí)期氮磷相對(duì)吸收速率的差異［38］。

王飛等［39］研究長(zhǎng)期不同施肥下黃泥田土壤-水稻碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征表示，在收獲期，不施肥與不同施肥的子粒、秸稈有機(jī)碳含量均無(wú)顯著差異，但對(duì)植株N、P養(yǎng)分而言，施肥均不同程度地提高了子粒與秸稈的全氮、全磷含量。從子粒、秸稈生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征來(lái)看，各處理子粒均低于秸稈C∶N∶P；與不施肥相比，施肥不同程度地降低了子粒與秸稈C∶N∶P，其中施肥處理子粒C∶P、N∶P及秸稈C∶N、C∶P與不施肥差異均顯著；與單施化肥相比，化肥+全部稻草還田與化肥+牛糞的子粒、秸稈C∶N∶P總體呈進(jìn)一步降低趨勢(shì)，其中化肥+牛糞降幅尤為明顯。由此可見(jiàn)，各施肥方式下的子粒與秸稈C∶N∶P計(jì)量特征基本表現(xiàn)一致［39］。孫楠等［40］研究長(zhǎng)期施肥對(duì)N、P養(yǎng)分吸收的影響分析發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥料作物地上部生物產(chǎn)量比較穩(wěn)定，不施肥和施用化學(xué)氮肥，隨著施肥年限的延長(zhǎng)，小麥和玉米對(duì)N、P的吸收量均顯著降低；施用有機(jī)肥，小麥和玉米對(duì)N、P的吸收量無(wú)顯著變化；無(wú)機(jī)肥配施有機(jī)肥，隨施肥年限延長(zhǎng)，玉米吸磷量顯著增加，而小麥對(duì)磷吸收無(wú)明顯變化。

2.3 耕作制度對(duì)作物生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響

耕作制度不同，作物各器官對(duì)養(yǎng)分的吸收存在差異性。陳新等［41］研究綠洲棉花的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征及其與棉田連作年限的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，棉花各器官C、N、P隨連作年限延長(zhǎng)均表現(xiàn)為先增高后降低的趨勢(shì)，C∶N∶P無(wú)統(tǒng)一變化規(guī)律。宋曉等［42］研究表明深耕條件下作物植株N、P含量均略低于旋耕，而子粒N、P含量均略高于旋耕，但無(wú)明顯差異；植株和子粒N、P含量隨著有機(jī)肥施用量的增加均呈增加趨勢(shì)。且深耕有助于作物生育后期根系對(duì)氮素的吸收及植株氮向子粒氮的轉(zhuǎn)移［43］。深耕和旋耕下，小麥子粒和植株氮含量均呈顯著性差異，子粒氮和植株氮含量隨著有機(jī)肥施用量的增加均呈增加趨勢(shì)；小麥子粒磷含量顯著高于植株磷含量，子粒磷和植株磷含量隨有機(jī)肥施用量的增加均呈先增加后降低的趨勢(shì)［42］。

3 土壤與作物生態(tài)化學(xué)計(jì)量關(guān)系與養(yǎng)分管理

土壤作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的基質(zhì)，是諸多生態(tài)過(guò)程的載體，直接影響作物群落的組成、穩(wěn)定和演替，并對(duì)作物的生長(zhǎng)起關(guān)鍵性的作用［16，39，44］，作物生長(zhǎng)也影響土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量，土壤與作物兩者間的生態(tài)化學(xué)計(jì)量密切相關(guān)。

土壤N、P等營(yíng)養(yǎng)高可以增加作物的N∶P。N∶P能較好地反映農(nóng)田土壤N、P養(yǎng)分的限制作用，是土壤向作物提供養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo)，同時(shí)對(duì)作物生產(chǎn)力限制性起重要的指示作用［45］。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中作物的養(yǎng)分吸收顯著影響了土壤、有機(jī)質(zhì)和微生物生物量的C、N、P化學(xué)計(jì)量［24］。王凡坤等［46］研究土壤氮磷狀況對(duì)小麥葉片養(yǎng)分生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的影響發(fā)現(xiàn)，小麥N、P吸收量隨土壤中N、P含量增加而增強(qiáng)，小麥葉片中N、P濃度增大，導(dǎo)致其C∶N和C∶P降低；在不同土壤N、P狀況下，不同生長(zhǎng)時(shí)期的小麥葉片C∶P均與土壤P含量具有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，小麥葉片中C∶P隨土壤中P的增加均呈減小的趨勢(shì)。

作物根系的生長(zhǎng)不僅能改變土壤微環(huán)境，還能影響土壤的水分分布并調(diào)節(jié)土溫［47］，改變土壤C∶N∶P。作物生長(zhǎng)會(huì)影響農(nóng)田土壤中N的吸收與固定，從而改變土壤有機(jī)質(zhì)含量［48］。作物對(duì)N、P的同化吸收利用，通過(guò)氨揮發(fā)、淋洗等形式造成氮肥大量損失且利用率較低，導(dǎo)致土壤C∶P和N∶P變異程度大，因而可增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體C∶P和N∶P的變異程度［24］。

農(nóng)田生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)提出的生長(zhǎng)速率理論為指導(dǎo)施肥和作物營(yíng)養(yǎng)診斷提供了理論指導(dǎo)。早在18世紀(jì)40年代，德國(guó)著名化學(xué)家李比希提出最小養(yǎng)分律，也稱為木桶理論，指出農(nóng)田土壤中相對(duì)含量最小養(yǎng)分影響作物產(chǎn)量的高低，且最小養(yǎng)分是限制作物產(chǎn)量的主要因子，若不補(bǔ)充最小養(yǎng)分，投入再多其他養(yǎng)分也無(wú)法提高作物的產(chǎn)量，土壤中缺乏的這一養(yǎng)分即為農(nóng)田土壤中的限制因子。作物生長(zhǎng)只有當(dāng)最適養(yǎng)分濃度和養(yǎng)分相互平衡時(shí)，作物才能實(shí)現(xiàn)最佳的生長(zhǎng)。作物營(yíng)養(yǎng)的各種診斷方法被陸續(xù)提出，其中，盈虧指數(shù)法通過(guò)以元素濃度表達(dá)營(yíng)養(yǎng)狀況，而沒(méi)有考慮元素之間的平衡；營(yíng)養(yǎng)綜合診斷理論［49］只考慮了元素間的平衡，并沒(méi)有反映元素濃度的具體指標(biāo)，因此，這種可能是高水平亦或是低水平的營(yíng)養(yǎng)平衡，很難反映出作物對(duì)多種營(yíng)養(yǎng)元素的滿足情況。綜上所述，一些關(guān)于在自然生態(tài)系統(tǒng)中植物生長(zhǎng)速率與氮磷等生態(tài)化學(xué)計(jì)量之間規(guī)律的認(rèn)識(shí)，可能并不適用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者探討的熱點(diǎn)，就農(nóng)田生態(tài)化學(xué)計(jì)量來(lái)說(shuō)，未來(lái)的研究需要更加全面合理地應(yīng)用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的綜合知識(shí)指導(dǎo)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡與恢復(fù)。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理措施的基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的基本原理，考慮作物產(chǎn)量與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系，研究符合中國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)情況的保護(hù)性管理措施。未來(lái)的研究還需要進(jìn)一步考慮生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的管理措施以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；針對(duì)不同土壤條件，采用合理的施肥管理措施，培育土壤肥力，增加作物產(chǎn)量的同時(shí)，將肥料用量控制在適宜范圍，提高肥料利用率和減少污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，從而促進(jìn)中國(guó)現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展，推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

逆境和氣候變化對(duì)作物生態(tài)化學(xué)計(jì)量影響較大。干旱、淹水、鹽堿、重金屬污染等逆境條件，以及包括大氣CO2升高、溫度上升、極端高溫和低溫、近地面O3濃度增加、酸雨等生態(tài)環(huán)境變化，不僅影響作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)，也影響作物的生態(tài)化學(xué)計(jì)量，是農(nóng)田生態(tài)化學(xué)計(jì)量需要進(jìn)一步研究的重要領(lǐng)域。