近日，山东农业大学资源与环境学院油伦成教授在《Nature Food》上发表了题为“Optimized agricultural management reduces global cropland nitrogen losses to air and water”的研究论文。
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中国农业大学张福锁院士团队在《Nature Communications》上发文揭示提高全球农田氮素回收效率的策略
该研究深入探讨了通过优化管理手段来减少全球农田氮素损失的可能性，尤其强调了在考量本地气候、土壤状况及常规管理实践的基础上，此类优化措施能够平均降低17%-31%的全球范围内的N2O排放、NH3挥发、氮径流和氮淋洗，为实现氮素的可持续管理提供了坚实的理论依据和科学支持。
氮作为农业生产中的关键营养成分，其过量使用引发了包括温室气体增加、空气污染加剧、水体富营养化等一系列严重的环境问题，这些问题已经构成了全球生态与可持续发展的重要挑战。为了应对这一系列问题，推进全球气候变化的治理、改善环境质量、达成可持续发展目标，采取科学合理的养分管理策略变得尤为重要。实施有效的养分管理不仅能提高氮素的使用效率，还能减少对环境的负面影响。比如，“4R”养分管理原则——即选择正确的肥料类型、确定适当的施肥量、选择最佳的施肥时间和地点，结合秸秆还田、种植覆盖作物等措施，可以有效地提高氮素的利用效率，同时促进土壤健康。此外，保护性耕作和生物炭的应用也显示出在保持土壤结构和减少养分流失方面的显著优势。
目前，大部分研究主要集中在单一农业管理措施对减少氮损失的效果上，而忽略了多措施组合在不同地理条件下的综合作用。实际上，土壤类型、气候条件等地方性因素会显著影响氮素的流动路径，因此，准确量化这些因素对管理措施效果的影响至关重要。现有的全球氮损失评估方法往往未能充分考虑各地区已经采取的改进措施。
油伦成教授的研究团队利用大数据分析和构建回归模型的方法，系统地评估了多种优化农业管理措施对氮损失（包括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不同地理位置条件下对氮损失的具体影响，并根据现有管理措施的应用情况，全面评估了全球范围内减少氮损失的潜力。研究结果显示，通过优化的农业管理措施可以显著减少四类氮损失，特别是增效肥料和优化施肥技术的效果尤为明显。研究还发现，特定地点的条件，如作物种类、土壤特征（如pH值、有机碳含量、粘土含量）以及气候条件（如年平均降水量和温度），都会对管理措施减少氮损失的效果产生重要影响。进一步的模型预测表明，优化管理措施有望大幅减少全球农田的氮损失，平均可减少N2O排放31%、NH3挥发23%、氮径流18%以及氮淋溶17%。
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
中国农业大学为完成该论文的第一单位，山东农业大学为完成该论文的第二单位，合作单位还包括荷兰瓦赫宁根大学，油伦成教授为该论文的第一作者，中国农业大学陈永亮副教授为该论文的通讯作者。该研究得到了中国农业大学张福锁院士全程指导。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和国家自然科学基金青年项目等项目资助。
