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2023-01-09 09:58:14
環(huán)球微速訊：治理氮素“吸收不良”，科學家開出減排增效良方
2023-01-09 09:58:14 來源: 科技日報
氮肥是農田的主要營養(yǎng)來源之一，但好比人的腸胃功能不佳，農田對氮肥的消化吸收也存在“補不進去”的問題。流失到環(huán)境中的氮素，會導致氮素污染，進而引發(fā)大氣污染、水體富營養(yǎng)化、土壤酸化、生物多樣性減少等問題，引起學者關注。
(資料圖片僅供參考)
科研團隊研究確定一組氮素減排方案，主要包括灌溉優(yōu)化、豆類輪作等11項氮素管理措施，并進行分級估測。受訪團隊供圖
1月5日，國際期刊《自然》刊登了浙江大學環(huán)境與資源學院谷保靜教授、張秀明博士等與國內外科研團隊的聯(lián)合研究成果。該研究篩選了全球現(xiàn)有可行的減排措施庫，量化了它們在2015年的全球農田中實施減少氮素污染的潛力，并提出建立氮素信用系統(tǒng)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。
論文評審專家認為，本研究將全球田間實驗與多模型模擬結合起來，實現(xiàn)了跨尺度整合分析，同時強調社會經濟方面的激勵機制，對推動全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
算了一筆大賬：11項氮素管理措施可分為三個層級
根據世界糧農組織(FAO)統(tǒng)計，2020年全球農業(yè)氮肥消費量高達1.13億噸，再加上有機肥和生物固氮等，農田氮輸入總量可達1.9億噸，然而，氮素利用效率還不足50%。
相對于工業(yè)和生活污染的點源排放，農田污染屬于面源排放，涉及全球數億農戶。控制氮素污染的管理措施，必須具備高效、通用、低成本等條件。
基于全球現(xiàn)有可行的減排措施庫，科研人員通過對過去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方案，主要包括灌溉優(yōu)化、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，科研人員將減排措施劃分為三個層級：第一層級主要是肥料改良、豆類作物輪作和建立農田緩沖帶;第二層級是4R養(yǎng)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、優(yōu)化灌溉與耕作方式。
“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，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%。
經過模擬計算，研究團隊發(fā)現(xiàn)，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，可減少2200萬噸氮肥使用量，即減少21%左右，減少2600萬噸氮素污染。這些變化可以帶來的總社會收益高達4760±1230億美元。
“這些減排措施的實施需要額外的設備、人工、材料和服務投入，估算下來，總實施成本約為340±90億美元。”谷保靜說，由于氮素管理措施可以節(jié)約農田氮肥的施用而減少150±40億美元的化肥成本，抵消了44%的總減排成本，最終的凈實施成本約為190±50億美元，約占總社會收益的4%。
提供政策參考：以農業(yè)氮素信用系統(tǒng)推動舉措落地
僅從理論估算結果看，優(yōu)化農田氮素管理帶來的社會效益遠大于其實施成本。實際情況又當如何?為了給政策制定提供參考，研究團隊探討了2020至2050年不同層級措施組合下的農田氮素投入、利用和流失情況。
“根據我們估計，第一層級措施在全球范圍內具有最大的應用潛力，可以貢獻一半的農田氮素減排潛力。由于節(jié)約肥料和豆類輪作可以節(jié)約施肥成本，加上作物增產帶來經濟效益可以抵消措施的實施成本，為農民提供凈經濟效益。”論文共同通訊作者、浙大環(huán)境與資源學院徐建明教授說，盡管實施第二層級和第三層級的措施對整個社會具有巨大的收益，但對農民而言，需要付出高額的實施成本，會阻礙減排措施的落地。
通過成本效益分析，研究團隊揭示了采取相關措施的潛在社會效益。如何通過政策來支持這些措施的實施，以實現(xiàn)多贏，被認為是一個開放的研究問題。
研究團隊給出的對策是將減排成本社會化，并提供農民獲得資金支持的途徑，即農業(yè)氮素信用系統(tǒng)(NCS)，從氮素優(yōu)化管理中受益的全社會各方來籌集財政預算，激勵、補貼實行最佳管理措施以減少污染和提高產量的農民，減少氮素污染。
谷保靜解釋說，許多國家普遍使用農業(yè)補貼來維持間接有利于糧食安全和環(huán)境的農業(yè)實踐。如果能夠明確界定實施成本和效益，就可以在國家或地方范圍內實施農業(yè)氮素信用系統(tǒng)(NCS)制度。
減少氮污染是農業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)轉型的重要組成部分，需要全社會共同努力。“我們已經證明改善農業(yè)氮素管理的氮素信用系統(tǒng)具有很大潛力，但政策落地依然道阻且長，希望能夠通過耦合更多的環(huán)境目標和政策工具，來實現(xiàn)農田管理措施的落實。”谷保靜說。
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