本文转自：文汇报

【资料图】

氮素是植物生长发育所必须的营养元素。跟着全球人口的日益增长，农田持续增产的需求越来越大，氮肥的使用量也是逐年攀升。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%，也就是说有一半以上施用的氮素没有被农田“消化吸收”，而是流失到了环境中，不仅导致经济损失，威胁粮食安全，而且带来了严峻的环境和健康效应，如大气污染、水体富营养化、泥土酸化、生物多样性减少、温室效应等。因此，如何进步氮素利用效率，在保障粮食产量的条件下控制氮素污染，一直是全球农田治理的重要任务之一。

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、北京航空航天大学、国际应用系统分析研究所(IIASA)、德国波茨坦天气研究所、荷兰瓦赫宁根大学、英国生态水文中央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夫支付氮素减排本钱而全社会享受减排收益的错配题目，从而匡助农夫有效实施氮素减排措施。

北京时间1月5日，这项成果在国际顶级期刊《天然》(Nature)上刊登，论文第一兼通信作者为谷保静，共同通信作者为徐建明。

筛选“药方”

氮肥是农田的主要营养来源之一，但就如人的肠胃功能不佳一样，农田对氮肥的消化吸收也存在“补不进去”的题目。这些流失到环境中的氮素导致严峻的氮素污染，引发了全球学者的关注。相对于产业和生活污染的点源排放，农田污染属于面源排放，同时涉及到全球数亿个农户，管理难度大，污染管理措施落地实施极其难题。

那么，全球是否有农田治理措施可以控制氮素污染，这些措施的减排潜力和实施本钱是多少，减排后的收益是多少，农夫是否有足够的动力来实施这些减排呢？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养分治理、浇灌优化和豆类轮作等11项氮素治理措施。

根据不同减排措施在全球各地的实施障碍和用度的差别，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养分治理，即准确的施肥率、施肥类型、施肥时间和方式；第三层级是作物新品种的引进、最佳浇灌和优化耕作方式。

“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，实施本钱因此也高，农夫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%，同时分别进步作物产量10-30%和氮素利用效率10-80%。

▲全球农田氮素治理实验的空间分布以及治理措施对农田氮素利用和损失的影响

权衡利弊

那么，这组氮素减排“药方”的治疗效果如何？本钱高吗？

经由模拟计算，研究团队发现，以2015年为基准，假如在全球农田实施这些措施，每年可以多收成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，总实施本钱约为340±90亿美元。不外，因为氮素治理措施可以节约农田氮肥的施用而减少150±40亿美元的化肥本钱，抵消了44%的总减排本钱，所以终极的净实施本钱约为190±50亿美元，约占总社会收益的4%。

结果表明，优化农田氮素治理带来的社会效益远远大于其实施本钱。看来，这个“药方”性价比很高！

且慢，这是理论估算，现实情况如何呢？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。因为节约肥料和豆类轮作可以节约施肥本钱，加上作物增产带来经济效益可以抵消措施的实施本钱，为农夫提供净经济效益。”徐建明说，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，但对农夫而言，则要付出高额的实施本钱，严峻阻碍了减排措施的落地。

▲2050年不同层级措施组合下的本钱收益情况。(a)全球标准的减排本钱和收益；(b)分区域的化肥节约量；(c)分区域的NUE变化。

推进实施

通过本钱效益分析，研究团队揭示了采取这些措施的潜伏社会效益，但如何通过政策来实施，以实现多赢，是一个开放的研究题目。

研究团队的对策是将减排本钱社会化，并提供农夫获得资金支持的途径，即农业氮素信用系统(NCS)，从氮素优化治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治理措施以减少污染和提高产量的农夫，从而减少氮素污染。

▲农业氮素信用系统

谷保静解释说，很多国家都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，而农业氮素信用系统(NCS)可以被视为更好地将整个社会的本钱和效益联系起来的强化方法，假如能够明确界定实施本钱和效益，就可以在国家、省或地方范围内实施这种轨制。

在高收入国家，因为现有资本资产和运作良好的金融市场，更轻易获得金融资源，环境污染也可以通过对氮盈余征税实现内部化。这种方法符合污染者自付原则，可以避免反弹效应，并为立异提供激励。另一种推进氮素治理的方法是引入多参与者政策方案，将本钱和收益的相关方会萃在一起共同解决。

评审专家以为，本研究将全球田间实验与多模型模拟结合起来，实现了跨标准整合分析，同时夸大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。

减少氮污染是农业系统可持续转型的一个重要组成部分，需要全社会的共同努力，“我们已经证实改善农业氮素治理的氮素信用系统具有很大的潜力，但政策落地依然道阻且长，但愿能够通过耦合更多的环境目标和政策工具，来实现农田治理措施的落实。”谷保静说。

本项目受到国家自然科学基金立异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。

作者：刘海波吴雅兰

图片：受访者提供

编纂：付鑫鑫

责任编辑：蒋萍

本文转自：文汇报

氮素是植物生长发育所必须的营养元素。跟着全球人口的日益增长，农田持续增产的需求越来越大，氮肥的使用量也是逐年攀升。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%，也就是说有一半以上施用的氮素没有被农田“消化吸收”，而是流失到了环境中，不仅导致经济损失，威胁粮食安全，而且带来了严峻的环境和健康效应，如大气污染、水体富营养化、泥土酸化、生物多样性减少、温室效应等。因此，如何进步氮素利用效率，在保障粮食产量的条件下控制氮素污染，一直是全球农田治理的重要任务之一。

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、北京航空航天大学、国际应用系统分析研究所(IIASA)、德国波茨坦天气研究所、荷兰瓦赫宁根大学、英国生态水文中央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夫支付氮素减排本钱而全社会享受减排收益的错配题目，从而匡助农夫有效实施氮素减排措施。

北京时间1月5日，这项成果在国际顶级期刊《天然》(Nature)上刊登，论文第一兼通信作者为谷保静，共同通信作者为徐建明。

筛选“药方”

氮肥是农田的主要营养来源之一，但就如人的肠胃功能不佳一样，农田对氮肥的消化吸收也存在“补不进去”的题目。这些流失到环境中的氮素导致严峻的氮素污染，引发了全球学者的关注。相对于产业和生活污染的点源排放，农田污染属于面源排放，同时涉及到全球数亿个农户，管理难度大，污染管理措施落地实施极其难题。

那么，全球是否有农田治理措施可以控制氮素污染，这些措施的减排潜力和实施本钱是多少，减排后的收益是多少，农夫是否有足够的动力来实施这些减排呢？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养分治理、浇灌优化和豆类轮作等11项氮素治理措施。

根据不同减排措施在全球各地的实施障碍和用度的差别，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养分治理，即准确的施肥率、施肥类型、施肥时间和方式；第三层级是作物新品种的引进、最佳浇灌和优化耕作方式。

“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，实施本钱因此也高，农夫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%，同时分别进步作物产量10-30%和氮素利用效率10-80%。