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專治氮素“吸收不良”！浙大方案登《自然》

健康知識養生常識

本文轉自：文匯報
專治氮素“吸收不良”！浙大方案登《自然》
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氮素是植物生長發育所必需的營養元素 。 隨著全球人口的日益增長 ， 農田持續增產的需求越來越大 ， 氮肥的使用量也是逐年攀升 。 據統計 ， 全球農田每年施用的氮肥量高達1.2億噸 ， 再加上有機肥和生物固氮等 ， 農田氮輸入總量約2億噸 。
然而 ， 目前氮素利用效率還不足50% ， 也就是說有一半以上施用的氮素沒有被農田“消化吸收” ， 而是流失到了環境中 ， 不僅導致經濟損失 ， 威脅糧食安全 ， 而且帶來了嚴重的環境和健康效應 ， 如大氣污染、水體富營養化、土壤酸化、生物多樣性減少、溫室效應等 。 因此 ， 如何提高氮素利用效率 ， 在保障糧食產量的前提下控制氮素污染 ， 一直是全球農田管理的重要任務之一 。
浙江大學環境與資源學院徐建明教授團隊長聘教授谷保靜、張秀明博士等 ， 與澳大利亞墨爾本大學、江蘇農科院、荷蘭環境評估署、北京航空航天大學、國際應用系統分析研究所(IIASA)、德國波茨坦氣候研究所、荷蘭瓦赫寧根大學、英國生態水文中心等國內外高校院所合作開展研究 ， 提出建立氮素信用系統來解決農民支付氮素減排成本而全社會享受減排收益的錯配問題 ， 從而幫助農民有效實施氮素減排措施 。
北京時間1月5日 ， 這項成果在國際頂級期刊《自然》(Nature)上刊登 ， 論文第一兼通訊作者為谷保靜 ， 共同通訊作者為徐建明 。
篩選“藥方”
氮肥是農田的主要營養來源之一 ， 但就如人的腸胃功能不佳一樣 ， 農田對氮肥的消化吸收也存在“補不進去”的問題 。 這些流失到環境中的氮素導致嚴重的氮素污染 ， 引發了全球學者的關注 。 相對于工業和生活污染的點源排放 ， 農田污染屬于面源排放 ， 同時涉及到全球數億個農戶 ， 治理難度大 ， 污染治理措施落地實施極其困難 。
那么 ， 全球是否有農田管理措施可以控制氮素污染 ， 這些措施的減排潛力和實施成本是多少 ， 減排后的收益是多少 ， 農民是否有足夠的動力來實施這些減排呢？研究團隊首先篩選了全球現有可行的減排措施庫 ， 并量化了它們在2015年的全球農田中實施而減少氮素污染的潛力 。 通過對過去20年的1521個田間觀測數據進行綜合分析 ， 研究確定了一組氮素減排“藥方” ， 主要包括增效肥料(EEFs)、4R養分管理、灌溉優化和豆類輪作等11項氮素管理措施 。
根據不同減排措施在全球各地的實施障礙和費用的差別 ， 研究團隊將減排措施劃分為三個層級：第一層級主要是肥料改良(增效肥料、有機肥、作物秸稈等)、豆類作物輪作和建立農田緩沖帶；第二層級是4R養分管理 ， 即正確的施肥率、施肥類型、施肥時間和方式；第三層級是作物新品種的引進、最佳灌溉和優化耕作方式 。
“通常來講 ， 措施的層級越高 ， 所需要的知識和額外投入也較多 ， 實施成本因此也高 ， 農民就越難采取該項措施 。 ”谷保靜說 ， 總體而言 ， 這些措施能有效減少總氮損失30-70% ， 同時分別提高作物產量10-30%和氮素利用效率10-80% 。
專治氮素“吸收不良”！浙大方案登《自然》
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▲全球農田氮素管理實驗的空間分布以及管理措施對農田氮素利用和損失的影響
權衡利弊
那么 ， 這組氮素減排“藥方”的治療效果如何？成本高嗎？
經過模擬計算 ， 研究團隊發現 ， 以2015年為基準 ， 如果在全球農田實施這些措施 ， 每年可以多收獲1700萬噸作物氮 ， 增長20%左右 ， 同時 ， 減少2200萬噸氮肥使用量 ， 即減少21%左右 ， 減少2600萬噸氮素污染 ， 降幅達32% 。 這些變化可以帶來總社會收益高達4760±1230億美元 。