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新成果专治氮素“吸收不良”
据统计，全球农田每年施用的氮肥量高达1.2亿吨，再加上有机肥和生物固氮等，农田氮输入总量约2亿吨。然而，目前氮素利用效率还不足50%，如何提高氮素利用效率，在保障粮食产量的前提下控制氮素污染，一直是全球农田管理的重要任务之一。
1月5日，《自然》刊发最新研究成果，专治氮素“吸收不良”。
浙江大学环境与资源学院徐建明教授团队长聘教授谷保静、张秀明博士等与澳大利亚墨尔本大学、江苏农科院、荷兰环境评估署、德国波茨坦气候研究所等国内外高校院所合作开展研究，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。
研究团队首先筛选了全球现有可行的减排措施库，并量化了它们在2015年的全球农田中实施而减少氮素污染的潜力。
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“药方”，主要包括增效肥料(EEFs)、4R养分管理、灌溉优化和豆类轮作等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，研究团队将减排措施划分为三个层级：第一层级主要是肥料改良(增效肥料、有机肥、作物秸秆等)、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、优化灌溉和耕作方式。
“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，实施成本因此也更高，农民就越难采取该项措施。” 论文第一兼通讯作者谷保静说。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%。
那么这组氮素减排“药方”的治疗效果如何？成本高吗？
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，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，降幅达32%。这些变化可以带来总社会收益高达4760±1230亿美元。
当然，“药方”是需要花钱的。
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。不过，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，所以最终的净实施成本约为190±50亿美元，约占总社会收益的4%。
结果表明优化农田氮素管理带来的社会效益远远大于其实施成本。
为了给政策制定提供参考，研究团队又探讨了2020-2050年不同层级措施组合下的农田氮素投入、利用和流失情况。
“根据我们的估计，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。” 论文共同通讯作者徐建明说。不过，对农民而言，则要付出高额的实施成本，严重阻碍了减排措施的落地。
通过成本效益分析，研究团队揭示了采取这些措施的潜在社会效益，但如何通过政策来支持这些措施的实施，以实现多赢，是一个开放的研究问题。
研究团队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，用来激励和补贴那些实行最佳管理措施以减少污染和提高产量的农民，从而减少氮素污染。
评审专家认为该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，具有典型的交叉学科特征和价值，对推动全球农业的可持续发展具有重要意义。
该项目受到国家自然科学基金创新研究群体和国际合作项目、联合国环境署基金(国际氮素管理系统、INMS)等资助。
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科技前沿
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项目成果
