为确保我国粮食安全、提升可持续发展能力、推进现代农业发展，2016年科技部启动了“粮食丰产增效科技创新”重点专项，中国科学院沈阳应用生态研究所成功申请了该专项的“稻作区土壤培肥与丰产增效耕作技术”项目中的“稻田培肥替代品研制及施用关键技术”课题。该课题针对我国稻作区农田土壤生态功能下降、养分供应不均、秸秆还田分解难等问题，研发适合主要稻作区土壤类型的中低温秸秆快速腐熟剂、生物有机共发酵培肥产品、稻田生物炭基产品、螯合型营养均衡培肥产品、碳氮耦合型生物化学调控产品等绿色替代产品与技术。明确不同替代品对土壤肥力的提升效应及作物产量效应，建立高效施用技术模式。主要研究内容为：

    一是绿色替代品的关键技术研究与产品研发。针对稻秸全量还田分解难的问题，进行高效稻秸快速腐熟菌剂的菌株筛选、培育技术研究；秸秆腐熟菌剂组成菌种保护剂的添加类别和数量研究；稻秸生物炭基产品的研制开发。针对稻田土壤氮磷钾养分供应不均及不足的问题，利用有机-无机配伍技术、养分螯合技术、熔体塔式制肥技术创制不同配比和规格的螯合型营养均衡培肥产品和水稻专用配方培肥产品。针对稻田土壤有机质含量急剧下降的问题，开展氮磷钾提增微生物菌株筛选、培育，促生高效土壤微生物以及水稻内生菌分离、筛选、培育技术攻关，研制新一代生物有机共发酵型培肥系列产品；针对稻田氮素利用率低、氮素挥发损失和硝酸盐淋失问题，进行碳氮耦合型生物化学调控技术攻关和产品的开发。

    二是稻田绿色培肥替代品培肥技术与机理研究。以北方一季稻田、水旱轮作稻田、双季稻田等为研究对象，研究不同绿色替代品培肥技术，探讨秸秆腐解过程及调控途径，研究多功能根际促生菌在固氮、解磷、解钾及抗病抗逆上的作用机制，研究炭基产品对养分的固持和调节，氮素转化酶学调控培肥技术。探讨不同稻作系统中，生物-有机-无机培肥产品对养分转化和分配、化肥养分利用率提升的影响机制，提出绿色替代品筛选优化→培育稻田地力→高效施用技术模式。

    三是稻田绿色替代品的高效施用技术与模式。针对稻田人工施肥用工量大、效率不高、施肥不匀以及绿色替代品施肥技术缺乏等问题，研究水稻侧深一次性施用绿色替代品技术，秸秆腐熟剂、生物有机肥机械化侧深施肥技术，建立绿色替代品高效施用技术模式。

    通过本课题的实施，将解决的关键问题是从土壤活性有机质数量和质量,养分固持与矿化,作物对养分吸收利用率角度，解析生物-有机-无机培肥产品对碳氮耦合转化和地力提升的作用机制；初步解决稻秸中木质素和硅化物难降解的问题,阐明外源氮素的酶学调控机制，解决酶学调控产品研发过程中的抑制剂添加技术。该课题通过快速培肥绿色替代品的施用，实现秸秆快速腐解，培肥地力，调控氮素在土壤中水解、硝化-反硝化作用，使外源营养与作物需求同步释放，改善土壤有机碳分布、土壤微生态功能，进而有效提升土壤肥力、减少化学品投入、减少温室气体排放，提高水稻产量。