氮素是全球农业生产系统的关键养分，但其过量输入引发了一系列重大环境问题，已成为影响全球生态环境与可持续发展的核心挑战之一。过量氮损失不仅加剧了温室气体的积累、加重了空气污染，还导致水体富营养化，威胁生物多样性与人类健康。解决这一问题对于推动全球气候治理、提升环境质量和实现可持续发展目标至关重要，迫切需要农业采取科学的养分管理策略，实现高效、环保的氮素利用。采用可持续的养分、作物和土壤管理措施可有效减少氮损失。例如，优化氮肥类型、施用量、施用时机和位置的“4R”养分管理原则，结合秸秆还田、覆盖作物等措施，有助于提高氮利用效率、改善土壤健康并减少环境负面影响。同时，保护性耕作和生物炭施用在保持土壤结构和减少养分流失方面也有显著效果。当前相关研究主要关注单一农业管理措施对氮损失的影响，但缺乏对多种管理措施在不同场地条件下对氮损失影响的综合评估。土壤类型、气候条件等场地因素会影响氮素去向，量化这些因素对管理措施的影响十分重要。此外，当前的全球氮损失评估方法中，尚未充分考虑到不同地区已采用的改良措施。
本研究通过大数据分析和回归模型构建等方法，系统评估了多种优化农田管理措施对氮损失（N2O排放、NH3挥发、氮径流和氮淋洗）的影响，预测了不同管理措施在全球不同场地条件下的氮损失变化，并基于当前管理措施采用情况对全球氮损失降低潜力进行了全面评估，以制定更高效的减排策略。结果表明，优化的农田管理措施整体上显著降低了四种氮损失，增效肥料、优化施肥技术的作用效果尤为突出（图1）。模型优化过程中发现，氮损失受特定地点条件的显著影响，不同的作物类型、土壤特性（如土壤pH、有机碳含量、黏土含量）以及气候条件（如年均降水和温度）均会影响管理措施对氮损失变化的效果。通过模型尺度升级预测，优化管理措施对减少全球农田氮损失具有很大潜力，平均可减少N2O排放31%、NH3挥发23%、氮径流18%及氮淋溶17%（图2）。
图1 本研究涉及到的研究位点与优化管理措施对农田氮损失的影响
图2 优化农田管理措施降低全球氮损失的潜力
中国农业大学资源与环境学院博士毕业生油伦成为论文第一作者（目前就职于山东农业大学资源与环境学院），陈永亮副教授为通讯作者。张福锁院士全程参与并指导了该研究工作的具体设计。荷兰瓦赫宁根大学Wim de Vries教授和Gerard H. Ros博士参与指导了具体工作。该研究工作得到了国家重点研发计划（2023YFD1902603和2021YFD1700900）、国家自然科学基金（42407653）和中国农业大学2115人才工程等项目资助。
