Nature | 中国科学院颜晓元/赵旭在全国水稻氮肥用量优化研究方面取得进展

长期以来，避免在不影响产量的情况下过度使用农业氮一直是中国研究和政府政策的优先考虑事项。虽然已经提出了许多与水稻相关的战略，但很少有研究评估了它们对国家粮食自给自足和环境可持续性的影响，更很少有研究考虑到数百万小农面临的经济风险。

2023年2月22日，中国科学院南京土壤研究所颜晓元及赵旭共同通讯在Nature在线发表题为“Optimal nitrogen rate strategy for sustainable rice production in China”的研究论文，该研究揭示了中国水稻可持续生产的最佳施氮策略。

谷物生产一直是科学家和决策者确保2050年粮食安全的主要焦点。然而，农业集约化，特别是由氮素使用增加所驱动的农业集约化，导致了一系列的环境负担。早期工作估计，占全球国内生产总值(GDP) 0.3-3% 的Nr污染造成的全球损害，可能会抵消与作物产量提高相关的经济收益。来自其他研究和努力的进一步证据表明，需要重新考虑可持续的氮管理以促进粮食安全。为了应对这些挑战，有必要建立一种新的氮肥管理模式，不仅量化氮肥使用对作物生产力的好处，而且明确说明与活性N (Nr)污染相关的环境和人类健康损害成本。

中国以水稻为基础的种植系统是全球Nr损失的热点地区，，估计每年为环境贡献200万吨Nr。尽管面临这些挑战，中国要实现水稻自给自足，到2030年全国水稻产量目标为每年2.18亿吨，这意味着需要谨慎管理氮素投入，以缩小产量差距，提高水稻产量。由于目前氮肥投入率较高，因此，缩小中国与世界其他主要地区(52-67%)之间的氮素利用效率(NUE)差距(25-35%)至关重要，特别是要关注中国不同种植区之间的现有差距(22-70%)。

研究工作流程示意图（图源自Nature ）

在保持产量的同时避免氮肥过量使用已成为中国研究和政府的首要任务。然而，以降低氮肥率为目标的政策的可行性将取决于个体农民面临的经济风险。基于汇编数据的统一建议往往夸大或低估了农田层面的作物氮素需求，从而损害了作物的生产力或盈利能力。因此，动员数以百万计的小农降低氮素利用率具有挑战性，部分原因是他们的风险厌恶性。因此，量化由于管理变化导致的产量风险概率对于理解农场规模采用最优N率的可能性至关重要。与此同时，必须确定环境政策在多大程度上干扰国家实现未来水稻生产目标的努力。评估这些对粮食安全的权衡是实施氮管理实践的基础，这些实践对土壤肥力和环境质量具有充分的长期优势。

该研究发现，在实现2030年国家水稻生产目标的同时，可以将全国氮素消耗减少10%(6-16%)和27%(22-32%)，将活性N (Nr)损失减少7%(3-13%)和24%(19-28%)，并将ON和EON的N利用效率分别提高30%(3-57%)和36%(8-64%)。该研究确定并针对环境影响不成比例的分区域，并提出氮肥率战略，将全国Nr污染限制在建议的环境阈值以下，同时不影响土壤氮储量或小农的经济效益。然后，根据经济风险与环境效益的权衡，在各地区分配较优N策略。为了促进通过每年订正的分区域氮素率战略，提出了若干建议，包括监测网络、施肥配额和小农补贴。

南京土壤研究所博士生蔡思源、研究员赵旭为论文第一作者，研究员赵旭、颜晓元为论文通讯作者，美国加州大学戴维斯分校副教授Cameron M. Pittelkow、马里兰大学环境科学中心副教授张鑫、以及中国农业大学资源与环境学院教授范明生为论文合作者。该研究得到中科院青促会优秀会员基金（Y201956）、国家基金委国际合作交流项目（42061124001）、“十三五”重点研发计划项目课题（2017YFD0200104）等支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05678-x

转自：“iNature”微信公众号

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