8月31日，《Nature Food》在线发表中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队许稳副教授和刘学军教授课题组题为《与小农一起开展的氨减排行动实现粮食高产与空气质量提升协同》（Ammonia mitigation campaign with smallholder farmers improves air quality while ensuring high cereal production）的研究论文。
该研究基于曲周实验站长期定位试验创新了氮肥科学减量技术和以应用添加脲酶抑制的新型氮肥为核心的减氮技术，创建了“科技小院—政府—企业—小农户”四位一体的农田氨减排技术应用模式，并在河北曲周县5个乡镇16个村1600户农户开展了共计1.6万亩（1067公顷）的示范应用，在全域实现了粮食高产、环境减排与农户增收等多目标协同。该技术应用模式为通过多主体协作、多科学交叉创新绿色生产技术落地，推动县域农业绿色发展提供了成功的案例借鉴。该研究也是中国农业大学曲周实验站建站50周年前夕的重要标志性成果之一。
氨是大气中的唯一碱性气体，农田氮肥（和有机肥）的氨挥发是大气氨的主要来源之一。我国是全球农田氨排放的热点地区，尤其是华北平原作为小麦、玉米等粮食作物的主产区，大量的农田氨挥发不仅会降低氮肥利用率，还会加剧区域大气二次气溶胶——PM2.5的污染。2018年，国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》首次把农业氨减排提上议程；2023年中央一号文件指出：推进农业绿色发展，加快农业投入品减量增效技术推广应用。 推动农业绿色发展，氨减排至关重要。但在我国以小农为主导的农业生产方式下，科学的施肥技术指导、新型的高效氮肥产品和政府财政补贴等不足导致区域农业氨挥发未得到有效控制，亟需构建切实可行的农业氨减排模式和实施途径。
作者首先通过总结中国农业大学曲周实验站氮素管理长期定位实验结果和县域土壤肥力特性，创建了集成的氮素优化管理技术（氮肥减量、肥料深施、含脲酶抑制剂的新型肥料），依托曲周县科技小院，联合当地政府、心连心肥料企业和小农户合作建立了一个总面积为1.6万亩的冬小麦-夏玉米生产氨减排技术示范（图1）。同时构建了覆盖曲周10个乡镇的示范田-村域-县域尺度农田氨排放、作物冠层氨浓度、大气氨浓度和PM2.5浓度联网监测，系统评估万亩示范的环境减排与大气质量提升效果。
图1 小麦-玉米氨减排万亩技术示范应用模式图
与农户传统处理相比，应用氮素优化管理技术在施氮量降低33%情况下，小麦和玉米的氮素利用效率分别提高28%和40%，农田氨挥发量减少49%和39%，同时维持与传统处理下的高产水平（小麦季、玉米季平均籽粒产量分别为9.6 t ha-1、10.1 t ha-1），农户每亩分别增收25%和19%（图2）。
图2 农户常规施氮处理(CU)和优化施氮管理处理(OP，同时实施减肥、深施肥和脲酶抑制剂)对作物产量、氮肥利用率(NUE)、小麦和玉米冠层氨挥发和氨浓度的影响
在县域尺度上，氨气减排期相比较非减排期，大气氨气浓度显著降低40%，PM2.5浓度显著降低了8% (图3)。通过15N同位素源解析结果分析，减排期农田氮肥施用氨排放对氨排放总量的贡献率下降了11.2%，而畜牧养殖业、废弃物、化石燃料等其他源的氨排放贡献有不同程度的增加，说明万亩示范氨排放的减少（结合其他减排措施）促进了减排期间大气氨浓度的下降和PM2.5污染的削减。综合考虑生产与环境效益，“氨减排”技术模式的曲周县域推广应用可带来净效益为5100万元或700万美元。这些研究成果不仅创建了玉米、小麦农田减氨增效技术模式，也为技术模式大面积应用提供落地途径。《Nature Food》以“News and Views”的形式对研究进行了重点推介。
图3 曲周县万亩氨减排示范前期和期间大气氨浓度和PM2.5浓度的变化
这一工作是在中国农业大学张福锁院士的宏观指导下完成，中国农业大学资源与环境学院许稳副教授和刘学军教授为论文通讯作者，康嘉慧博士生为论文第一作者，王敬霞博士为共同第一作者。英国爱丁堡大学Mathew R. Heal教授，英国洛桑研究所Keith Goulding教授，荷兰瓦赫宁根大学Wim de Vries教授，浙江大学谷保静教授、张秀明博士，中国海洋大学赵园红副教授，中国农业大学崔振岭教授、张宏彦教授、冯思捷博士生和曲周实验站牛新胜高级农艺师等参与了该研究。该项目得到国家自然科学基金(42175137和41425007)、大气重污染成因与治理攻关（总理基金）专项“农业排放现状与强化控制计划”(DQGG0208)、国家重点研发计划(2021YFD1700902)、中国农业大学高水平创新团队、以及邯郸市农业氨减排等项目的支持。
许稳副教授、刘学军教授课题组长期致力于农田氮循环、大气沉降与农业面源污染防治多学科交叉创新研究，取得了一系列进展：阐明了我国大气氮素干湿沉降特征及主要来源贡献（Liu et al., 2013. Nature；Xu et al., 2015, 2018, ACP；Wen et al., 2020; Environ. Int.）; 揭示了我国农业氨排放对大气PM2.5及二次无机气溶胶的影响及机制（Meng et al., 2022, ACP; Xu et al., 2022, Sci. Bull.; Zhang et al., 2023. EST）; 揭示了我国典型区域农牧系统氮素损失关键影响因素及大气和水体环境减排潜力（Li et al., 2022, Water Res.; Feng et al., 2022; EST Lett.; Meng et al., 2022, Stoten; Zou et al., 2023, Agr. Sys.）。这些认识对充分深入了解农业氮素环境效应及活性氮减排具有重要指导意义和科学价值。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s43016-023-00833-7
https://www.nature.com/articles/s43016-023-00839-1
来源：中国农大新闻网
转自：“植物研究进展”微信公众号
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