氮肥是農(nóng)田的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源之一，但好比人的腸胃功能不佳，農(nóng)田對(duì)氮肥的消化吸收也存在“補(bǔ)不進(jìn)去”的問(wèn)題。流失到環(huán)境中的氮素，會(huì)導(dǎo)致氮素污染，進(jìn)而引發(fā)大氣污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤酸化、生物多樣性減少等問(wèn)題，引起學(xué)者關(guān)注。

科研團(tuán)隊(duì)研究確定一組氮素減排方案，主要包括灌溉優(yōu)化、豆類(lèi)輪作等11項(xiàng)氮素管理措施，并進(jìn)行分級(jí)估測(cè)。受訪團(tuán)隊(duì)供圖

(相關(guān)資料圖)

1月5日，國(guó)際期刊《自然》刊登了浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院谷保靜教授、張秀明博士等與國(guó)內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)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(kù)，量化了它們?cè)?015年的全球農(nóng)田中實(shí)施減少氮素污染的潛力，并提出建立氮素信用系統(tǒng)來(lái)解決農(nóng)民支付氮素減排成本而全社會(huì)享受減排收益的錯(cuò)配問(wèn)題，從而幫助農(nóng)民有效實(shí)施氮素減排措施。

論文評(píng)審專家認(rèn)為，本研究將全球田間實(shí)驗(yàn)與多模型模擬結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了跨尺度整合分析，同時(shí)強(qiáng)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的激勵(lì)機(jī)制，對(duì)推動(dòng)全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

算了一筆大賬：11項(xiàng)氮素管理措施可分為三個(gè)層級(jí)

根據(jù)世界糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計(jì)，2020年全球農(nóng)業(yè)氮肥消費(fèi)量高達(dá)1.13億噸，再加上有機(jī)肥和生物固氮等，農(nóng)田氮輸入總量可達(dá)1.9億噸，然而，氮素利用效率還不足50%。

相對(duì)于工業(yè)和生活污染的點(diǎn)源排放，農(nóng)田污染屬于面源排放，涉及全球數(shù)億農(nóng)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(kù)，科研人員通過(guò)對(duì)過(guò)去20年的1521個(gè)田間觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(lèi)輪作等11項(xiàng)氮素管理措施。

根據(jù)不同減排措施在全球各地的實(shí)施障礙和費(fèi)用的差別，科研人員將減排措施劃分為三個(gè)層級(jí)：第一層級(jí)主要是肥料改良、豆類(lèi)作物輪作和建立農(nóng)田緩沖帶;第二層級(jí)是4R養(yǎng)分管理，即正確的施肥率、施肥類(lèi)型、施肥時(shí)間和方式;第三層級(jí)是作物新品種的引進(jìn)、優(yōu)化灌溉與耕作方式。

“通常來(lái)講，措施的層級(jí)越高，所需要的知識(shí)和額外投入也較多，農(nóng)民就越難采取該項(xiàng)措施。”谷保靜說(shuō)，總體而言，這些措施能有效減少總氮損失30%~70%，同時(shí)分別提高作物產(chǎn)量10%~30%和氮素利用效率10%~80%。

經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，以2015年為基準(zhǔn)，如果在全球農(nóng)田實(shí)施這些措施，每年可以多收獲1700萬(wàn)噸作物氮，增長(zhǎng)20%左右;同時(shí)，可減少2200萬(wàn)噸氮肥使用量，即減少21%左右，減少2600萬(wàn)噸氮素污染。這些變化可以帶來(lái)的總社會(huì)收益高達(dá)4760±1230億美元。

“這些減排措施的實(shí)施需要額外的設(shè)備、人工、材料和服務(wù)投入，估算下來(lái)，總實(shí)施成本約為340±90億美元。”谷保靜說(shuō)，由于氮素管理措施可以節(jié)約農(nóng)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(shí)施成本約為190±50億美元，約占總社會(huì)收益的4%。

提供政策參考：以農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)推動(dòng)舉措落地

僅從理論估算結(jié)果看，優(yōu)化農(nóng)田氮素管理帶來(lái)的社會(huì)效益遠(yuǎn)大于其實(shí)施成本。實(shí)際情況又當(dāng)如何?為了給政策制定提供參考，研究團(tuán)隊(duì)探討了2020至2050年不同層級(jí)措施組合下的農(nóng)田氮素投入、利用和流失情況。

“根據(jù)我們估計(jì)，第一層級(jí)措施在全球范圍內(nèi)具有最大的應(yīng)用潛力，可以貢獻(xiàn)一半的農(nóng)田氮素減排潛力。由于節(jié)約肥料和豆類(lèi)輪作可以節(jié)約施肥成本，加上作物增產(chǎn)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益可以抵消措施的實(shí)施成本，為農(nóng)民提供凈經(jīng)濟(jì)效益。”論文共同通訊作者、浙大環(huán)境與資源學(xué)院徐建明教授說(shuō)，盡管實(shí)施第二層級(jí)和第三層級(jí)的措施對(duì)整個(gè)社會(huì)具有巨大的收益，但對(duì)農(nóng)民而言，需要付出高額的實(shí)施成本，會(huì)阻礙減排措施的落地。

通過(guò)成本效益分析，研究團(tuán)隊(duì)揭示了采取相關(guān)措施的潛在社會(huì)效益。如何通過(guò)政策來(lái)支持這些措施的實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)多贏，被認(rèn)為是一個(gè)開(kāi)放的研究問(wèn)題。

研究團(tuán)隊(duì)給出的對(duì)策是將減排成本社會(huì)化，并提供農(nóng)民獲得資金支持的途徑，即農(nóng)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(huì)各方來(lái)籌集財(cái)政預(yù)算，激勵(lì)、補(bǔ)貼實(shí)行最佳管理措施以減少污染和提高產(chǎn)量的農(nóng)民，減少氮素污染。

谷保靜解釋說(shuō)，許多國(guó)家普遍使用農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼來(lái)維持間接有利于糧食安全和環(huán)境的農(nóng)業(yè)實(shí)踐。如果能夠明確界定實(shí)施成本和效益，就可以在國(guó)家或地方范圍內(nèi)實(shí)施農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)(NCS)制度。

減少氮污染是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)轉(zhuǎn)型的重要組成部分，需要全社會(huì)共同努力。“我們已經(jīng)證明改善農(nóng)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(zhǎng)，希望能夠通過(guò)耦合更多的環(huán)境目標(biāo)和政策工具，來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田管理措施的落實(shí)。”谷保靜說(shuō)。

關(guān)鍵詞： 社會(huì)效益 主要包括 經(jīng)濟(jì)效益