治理氮素“吸收不良”，科学家开出减排增效良方

• 2023-01-07 18:04:02 来源：科技日报

洪恒飞 吴雅兰 科技日报记者 江耘

氮肥是农田的主要营养来源之一，但好比人的肠胃功能不佳，农田对氮肥的消化吸收也存在“补不进去”的问题。流失到环境中的氮素，会导致氮素污染，进而引发大气污染、水体富营养化、土壤酸化、生物多样性减少等问题，引起学者关注。

科研团队研究确定一组氮素减排方案，主要包括灌溉优化、豆类轮作等11项氮素管理措施，并进行分级估测。受访团队供图

(资料图片仅供参考)

1月5日，国际期刊《自然》刊登了浙江大学环境与资源学院谷保静教授、张秀明博士等与国内外科研团队的联合研究成果。该研究筛选了全球现有可行的减排措施库，量化了它们在2015年的全球农田中实施减少氮素污染的潜力，并提出建立氮素信用系统来解决农民支付氮素减排成本而全社会享受减排收益的错配问题，从而帮助农民有效实施氮素减排措施。

论文评审专家认为，本研究将全球田间实验与多模型模拟结合起来，实现了跨尺度整合分析，同时强调社会经济方面的激励机制，对推动全球农业可持续发展具有重要意义。

算了一笔大账：11项氮素管理措施可分为三个层级

根据世界粮农组织（FAO）统计，2020年全球农业氮肥消费量高达1.13亿吨，再加上有机肥和生物固氮等，农田氮输入总量可达1.9亿吨，然而，氮素利用效率还不足50%。

相对于工业和生活污染的点源排放，农田污染属于面源排放，涉及全球数亿农户。控制氮素污染的管理措施，必须具备高效、通用、低成本等条件。

基于全球现有可行的减排措施库，科研人员通过对过去20年的1521个田间观测数据进行综合分析，研究确定了一组氮素减排方案，主要包括灌溉优化、豆类轮作等11项氮素管理措施。

根据不同减排措施在全球各地的实施障碍和费用的差别，科研人员将减排措施划分为三个层级：第一层级主要是肥料改良、豆类作物轮作和建立农田缓冲带；第二层级是4R养分管理，即正确的施肥率、施肥类型、施肥时间和方式；第三层级是作物新品种的引进、优化灌溉与耕作方式。

“通常来讲，措施的层级越高，所需要的知识和额外投入也较多，农民就越难采取该项措施。”谷保静说，总体而言，这些措施能有效减少总氮损失30%~70%，同时分别提高作物产量10%~30%和氮素利用效率10%~80%。

经过模拟计算，研究团队发现，以2015年为基准，如果在全球农田实施这些措施，每年可以多收获1700万吨作物氮，增长20%左右；同时，可减少2200万吨氮肥使用量，即减少21%左右，减少2600万吨氮素污染。这些变化可以带来的总社会收益高达4760±1230亿美元。

“这些减排措施的实施需要额外的设备、人工、材料和服务投入，估算下来，总实施成本约为340±90亿美元。”谷保静说，由于氮素管理措施可以节约农田氮肥的施用而减少150±40亿美元的化肥成本，抵消了44%的总减排成本，最终的净实施成本约为190±50亿美元，约占总社会收益的4%。

提供政策参考：以农业氮素信用系统推动举措落地

仅从理论估算结果看，优化农田氮素管理带来的社会效益远大于其实施成本。实际情况又当如何？为了给政策制定提供参考，研究团队探讨了2020至2050年不同层级措施组合下的农田氮素投入、利用和流失情况。

“根据我们估计，第一层级措施在全球范围内具有最大的应用潜力，可以贡献一半的农田氮素减排潜力。由于节约肥料和豆类轮作可以节约施肥成本，加上作物增产带来经济效益可以抵消措施的实施成本，为农民提供净经济效益。”论文共同通讯作者、浙大环境与资源学院徐建明教授说，尽管实施第二层级和第三层级的措施对整个社会具有巨大的收益，但对农民而言，需要付出高额的实施成本，会阻碍减排措施的落地。

通过成本效益分析，研究团队揭示了采取相关措施的潜在社会效益。如何通过政策来支持这些措施的实施，以实现多赢，被认为是一个开放的研究问题。

研究团队给出的对策是将减排成本社会化，并提供农民获得资金支持的途径，即农业氮素信用系统（NCS），从氮素优化管理中受益的全社会各方来筹集财政预算，激励、补贴实行最佳管理措施以减少污染和提高产量的农民，减少氮素污染。

谷保静解释说，许多国家普遍使用农业补贴来维持间接有利于粮食安全和环境的农业实践。如果能够明确界定实施成本和效益，就可以在国家或地方范围内实施农业氮素信用系统（NCS）制度。

减少氮污染是农业系统可持续转型的重要组成部分，需要全社会共同努力。“我们已经证明改善农业氮素管理的氮素信用系统具有很大潜力，但政策落地依然道阻且长，希望能够通过耦合更多的环境目标和政策工具，来实现农田管理措施的落实。”谷保静说。

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