食物系统氮素“从哪来、减哪里、减多少、如何减”？

氮素是农业生产的重要元素，不但存在于动植物生产体系，还与我们的食物消费、资源利用、生态环境等密切相关。氮素伴随着化肥、食物、饲料等物质时刻沿着“资源–化肥–农田–畜牧生产–家庭–环境”体系进行食物养分纵向流动。氮素的存量和流量直接关系到食物安全、资源、环境和经济等可持续发展的目标。尤其在资源环境方面，大量的氮素投入仅20%被动植物吸收进入食物系统，过量的氮素损失进入环境导致大气和水体污染等问题，包括大气污染、水体富营养化、土壤酸化、地下水硝酸盐累积和温室气体排放。这些环境影响严重威胁食物安全和生态环境健康，阻碍农业的可持续发展。回答食物系统氮素“从哪来、减哪里、减多少、如何减”一直是农业氮素可持续管理的科学难题。

中国农业大学张福锁院士及其团队以华北平原曲周县为案例，结合农事活动调研、环境监测、食物系统养分流动模型、环境质量模型等论述了“氮素损失评估–管理目标构建–减排技术制定”多目标协同提升的食物系统氮素可持续管理研究思路。具体步骤如下：第一步，基于农户调研数据、监测数据、统计数据和文献数据进一步更新完善了食物系统养分流动模型（NUFER），实现模型本地化。回答食物系统氮素“从哪来，减哪里”的问题。研究结果表明，2020年曲周县食物系统氮素损失约为9400吨，其中作物和动物生产贡献了88%。小麦、玉米、生猪和蛋鸡是活性氮素损失的主要贡献源。氨挥发和硝酸盐淋洗贡献了69%的总活性氮损失；第二步，综合考虑食物安全、环境可持续和经济可持续三个维度，构建了食物系统氮素可持续管理指标体系。食物安全主要考虑充足食物供给；环境可持续主要考虑减少氮素损失引发的大气和水体环境影响；经济可持续主要考虑增加农业产值。以三大需求倒逼明确农业氮素管理目标，进而回答“减多少”问题；第三步，重点解决食物系统氮素损失“如何减”的问题。该研究基于“源头减量–氮损阻控–促进循环”的原则系统，集成了氮肥减量、肥料深施、新型肥料、低蛋白饲喂、堆肥和粪污还田技术，进而应用在主要作物和动物上，实现粮食增产15%，硝酸盐淋洗减少12%，食物系统氮素效率提升31%，农业增值8%，实现食物系统多目标协同提升治理。当前技术效果仍停留在模型情景分析阶段，为进一步真正实现氮素管理技术落地，需要联合政府、企业、高校和农户等不同利益相关者共同创新落地模式，中国农业大学的科技小院模式为人们提供了一种很好的参考样板。

农业氮素的可持续管理与食物安全、环境质量和经济发展密切相关。从农田走向食物系统，从单一目标走向多目标协同治理、从单独科学研究到多主体参与是农业氮素管理的重要飞跃，也是支持农业绿色发展重要保障。

该文已于2024年3月发表在《农业科学与工程前沿》（英文）期刊上，DOI: 10.15302/J-FASE-2024540。