研究简介
氮素对农业生产至关重要。为了生产出足够的粮食喂养日益增长的人口，每年会向农作物施用超过1亿吨氮肥。然而，当氮输入量远超过植物吸收时，会不可避免地造成水体污染，从而引发藻类爆发和生物多样性丧失等生态环境问题。为了改善人类和生态系统的健康，部分国家和地区提出或已经实施了控制氮污染的措施。粮食安全需要确保氮素供给，而环境目标需要减少氮的施用和流失，两者之间如何权衡仍然是全球农业和生态环境方面亟待解决的一个问题。浙江大学环境与资源学院常锦峰课题组基于全球土地利用综合评估模型GLOBIOM (Global Biosphere Management Model)构建了一个全球农业氮循环框架，探索了区域粮食安全与环境目标在全球市场下的权衡，确定了不同区域的氮边界，揭示了氮相关减排策略在协调区域粮食安全和氮污染相关环境目标中的作用。相关成果以“Reconciling regional nitrogen boundaries with global food security”为题，近期发表于Nature Food (DOI: 10.1038/s43016-021-00366-x)。
主要结果
本研究综合考虑了包括区域社会经济发展和农牧产品国际贸易在内的一系列影响粮食系统的因子，确定了全球37个地区的氮边界，并发现其中有14个区域的氮盈余(系统氮输入量-农产品氮输出量)已经超过了其环境边界，主要包括中国、印度、中东、北非、南欧等干旱、施肥量过高和氮素利用率低的国家和地区。
研究发现大规模实施一系列的氮减排政策可以在生产足够粮食（使得2050年全球饥饿人口比2010年减少5.9亿）的同时将氮排放控制在区域环境边界内。此外，氮减排相关政策的实施还可以带来减少农业温室气体排放、减少氮肥施用及化肥行业相关能源消耗等环境和经济协同效益。
结论
本研究利用探讨了区域粮食安全与氮污染相关环境目标在全球市场下的权衡，发现世界上多个地区的氮盈余已经超过其环境边界。只有通过大规模实施一系列的氮减排政策才能一方面实现区域环境目标，同时又避免由于氮输入减少而威胁全球粮食安全。研究进一步发现相较改变饮食结构和减少浪费等需求端措施，氮利用效率的提高在协调粮食安全和氮污染相关环境目标上能够发挥更重要的作用。然而，考虑制度、政策和实施上的巨大挑战，未来迫切需要同时在供给侧和需求侧两端采取多种氮减排政策来应对氮污染和粮食安全问题。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s43016-021-00366-x
第一/通讯作者简介
常锦峰，浙江大学环境与资源学院百人计划研究员。主要从事陆地生态系统碳氮循环，以及土地利用变化的生态环境和气候效应等相关研究。在草地碳循环和农牧业温室气体排放评估方面取得了一系列成果，研究结果发表在Nature Food, Nature Communications, AGU Advances, Global ChangeBiology等地学和环境类刊物上。近年来发表学术论文50余篇