食品供應(yīng)安全是一個(gè)全球共性挑戰(zhàn)。施肥可以提升作物產(chǎn)量，是保障食品供應(yīng)安全的一個(gè)重要農(nóng)業(yè)管理措施。然而，大量施肥也產(chǎn)生了很多環(huán)境問(wèn)題。例如，施氮肥促進(jìn)土壤N2O的排放、加劇溫室效應(yīng)，促進(jìn)土壤氮流失、導(dǎo)致水體污染、對(duì)飲水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，如何更好地管理農(nóng)田肥料施用具有重要科學(xué)和社會(huì)價(jià)值。當(dāng)前氮肥施用增加并沒(méi)有同比例地增加作物產(chǎn)量，導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)的研究指出，基于現(xiàn)有生物地球化學(xué)理論知識(shí)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)可以提高作物氮肥施用效率，同時(shí)降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。盡管已有很多該領(lǐng)域的研究，但是仍缺乏全球尺度上的整合分析。全球尺度分析可以在更廣范圍內(nèi)評(píng)估不同氮肥管理措施的利弊，更好地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)氮肥管理。
       近期發(fā)表在Nature Food上的一項(xiàng)數(shù)據(jù)整合研究（Elrys et al., 2023, 10.1038/s43016-023-00888-6）開(kāi)展了上述研究，評(píng)估四種廣泛使用的氮肥管理措施對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響，包括施用復(fù)合肥、施用有機(jī)肥、同時(shí)施用合成氮肥和有機(jī)肥以及添加硝化抑制劑四種措施，以單獨(dú)施用合成氮肥作為研究對(duì)照。研究表明，單獨(dú)施用合成氮肥導(dǎo)致氮氧化物等溫室氣體排放增加、土壤氮流失加劇；同時(shí)施用復(fù)合肥和有機(jī)肥可以促進(jìn)土壤氮保持；添加硝化抑制劑可以增強(qiáng)土壤銨固持、植物氮吸收、降低氮淋溶流失風(fēng)險(xiǎn)。該研究表明，綜合利用多種優(yōu)良的氮肥管理措施可以增強(qiáng)農(nóng)田氮固持、降低氮損失及其帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
       傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)施用氮肥很少，雖然作物氮肥施用效率高、土壤氮流失可以忽略，但是作物產(chǎn)量低下，不足以滿足日益增長(zhǎng)的食品供應(yīng)需求。工業(yè)合成氮肥取得突破后，氮肥施用量急劇增加，在大大提高作物產(chǎn)量的同時(shí)也降低了作物氮利用效率、增加了土壤氮排放和流失（圖1），帶來(lái)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。為了解決合成氮肥施用的環(huán)境問(wèn)題，近年來(lái)發(fā)展了很多氮肥管理措施，這些措施整體上都是為了三個(gè)目標(biāo)，即進(jìn)一步提升作物產(chǎn)量、提高作物氮肥利用效率、降低土壤氮排放和流失（圖1）。這三個(gè)目標(biāo)背后的核心科學(xué)問(wèn)題是如何將更多的氮保存至生態(tài)系統(tǒng)中，如何協(xié)調(diào)作物氮需求和土壤氮供給。
       Elrys等人指出了四種常用氮肥管理的優(yōu)點(diǎn)。需要注意的是，目前還有一些其他的潛在有效氮肥管理措施，例如不同作物生長(zhǎng)階段的氮肥管理、免耕和秸稈歸還等措施，這些措施的效果還有進(jìn)一步評(píng)估。先進(jìn)的氮肥管理舉措往往需要額外的人力或資金，因此在評(píng)估新舉措的效果的時(shí)候還需要綜合考慮其成本增加。與此同時(shí)，現(xiàn)有氮肥管理措施使用時(shí)還需要綜合考慮土壤性質(zhì)、水分管理、作物種類、耕作措施等多方面因素。未來(lái)研究還需要考慮氣候變化和大氣氮沉降變化等環(huán)境狀況的影響，從而更好地服務(wù)于精準(zhǔn)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。
       上述評(píng)述于于近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Food（IF2022=23.2）上，對(duì)于土壤健康管理和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有一定的理論指導(dǎo)意義。中國(guó)科學(xué)院華南植物園博士后Muhammed Mustapha Ibrahim為該論文第一作者、侯恩慶研究員為通訊作者。相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目和面上項(xiàng)目的共同資助。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43016-023-00893-9