近日，我校环科院廖宏教授团队在国际权威期刊《National Science Review》发表了题为“Unlocking Nitrogen Management Potential via Large-scale Farming for Air Quality and Substantial Co-Benefits”的研究论文。研究通过多模型集成方法，首次系统性评估了农业规模化与氮素管理相结合对中国氨排放、空气质量和经济效应的综合影响。
我校环科院李保杰教授为本论文第一作者，廖宏教授为通讯作者。合作者包括我校李柯教授、王叶博士、杨洋教授、金建炳教授、申卫收教授、李婧祎副教授、王品雅副教授，北京大学张霖研究员，香港科技大学（广州）郭怡鑫助理教授，兰州大学刘磊教授，德国马普所宫成博士，中科院南京地湖所朱青研究员、廖凯华副研究员，哈佛大学Daniel J. Jacob教授、党瑞君博士。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省碳中和碳达峰科技创新专项基金的资助。
对氨气的排放控制是进一步改善空气质量的重要途径。我国农村普遍面临人口老龄化和耕地弃耕等问题，制约了氮素管理技术的采用。政府多次提出发展农业规模化经营模式，并已在部分地区进行实践。然而，农业规模化如何影响氮素管理并对氨排放和空气质量产生影响，这一认识仍然有限。
该研究通过地理空间模拟技术预测了农业规模化后我国的田块规模和畜禽空间分布。通过破碎耕地的重新整合，我国>2公顷的农场耕地面积扩大了3倍，大型养殖场的畜禽产量可占全部畜禽产量的90%以上。通过近2万个农场的调查显示，农业规模化可将氮素管理技术的采用率翻倍，显著增强减排策略的效能。
传统农业制度下，氨的最大减排潜力仅31%，受限于NH3-PM2.5的非线性响应机制，其对空气质量的改善效果十分有限。而农业规模化可将氨减排潜力增长到48%-58%，下降重污染地区的年均PM2.5浓度9.4-14 μg/m³，并降低全国60%以上的重污染天数。值得注意的是，农业规模化将畜牧业转为以点源排放为主，局部的富氨环境导致大量氨在扩散到区域尺度之前就已在局地沉降，减少了区域尺度PM2.5的形成。箱模式的模拟发现，大气化学模式对于PM2.5浓度下降的估计是保守的。即使是保守估计，仍然发现农业规模化结合氮素管理可以每年避免超过30万人过早死亡。
两种农业模式下不同氨减排情景对空气质量及经济效应的影响
成本-效益模型的评估结果表明，两种农业模式下的减排策略均能实现净收益。但在农业规模化模式下，农户的个人收益超过了其投入成本，增大了农户参与氮素管理的积极性。研究成果为我国制定有效的氨减排政策、改善空气质量和促进农业可持续发展提供了重要科学依据，也可为其他小农经济国家提供借鉴。
原文地址：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae324
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