食品供应安全的是一个全球共性挑战。施肥可以提升作物产量，是保障食品供应安全的一个重要农业管理措施。然而，大量施肥也产生了很多环境问题。例如，施氮肥促进土壤N₂O的排放、加剧温室效应，促进土壤氮流失、导致水体污染、对饮水安全构成严重威胁。因此，如何更好地管理农田肥料施用具有重要科学和社会价值。当前氮肥施用增加并没有同比例地增加作物产量，导致环境问题。近年来的研究指出，基于现有生物地球化学理论知识的农业实践活动可以提高作物氮肥施用效率，同时降低环境污染风险。尽管已有很多该领域的研究，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广范围内评估不同氮肥管理措施的利弊，更好地指导农业氮肥管理。

近期发表在Nature Food上的一项数据整合研究（Elrys et al., 2023, 10.1038/s43016-023-00888-6）开展了上述研究，评估了四种广泛使用的氮肥管理措施对土壤氮转化过程的影响，包括施用复合肥、施用有机肥、同时施用合成氮肥和有机肥以及添加硝化抑制剂四种措施，以单独施用合成氮肥作为研究对照。研究表明，单独施用合成氮肥导致氮氧化物等温室气体排放增加、土壤氮流失加剧；同时施用复合肥和有机肥可以促进土壤氮保持；添加硝化抑制剂可以增强土壤铵固持、植物氮吸收、降低氮淋溶流失风险。该研究表明，综合利用多种优良的氮肥管理措施可以增强农田氮固持、降低氮损失及其带来的环境风险。

传统农业施用氮肥很少，虽然作物氮肥施用效率高、土壤氮流失可以忽略，但是作物产量低下，不足以满足日益增长的食品供应需求。工业合成氮肥取得突破后，氮肥施用量急剧增加，在大大提高作物产量的同时也降低了作物氮利用效率、增加了土壤氮排放和流失（图1），带来日益严重的环境污染风险。为了解决合成氮肥施用的环境问题，近年来发展了很多氮肥管理措施，这些措施整体上都是为了三个目标，即进一步提升作物产量、提高作物氮肥利用效率、降低土壤氮排放和流失（图1）。这三个目标背后的核心科学问题是如何将更多的氮保存至生态系统中，如何协调作物氮需求和土壤氮供给。

Elrys等人指出了四种常用氮肥管理的优点。需要注意的是，目前还有一些其他的潜在有效氮肥管理措施，例如不同作物生长阶段的氮肥管理、免耕和秸秆归还等措施，这些措施的效果还有进一步评估。先进的氮肥管理举措往往需要额外的人力或资金，因此在评估新举措的效果的时候还需要综合考虑其成本增加。与此同时，现有氮肥管理措施使用时还需要综合考虑土壤性质、水分管理、作物种类、耕作措施等多方面因素。未来研究还需要考虑气候变化和大气氮沉降变化等环境状况的影响，从而更好地服务于精准、可持续农业发展。

上述评述于第十个世界土壤日（2023年12月5号）发表在Nature Food期刊（IF2022=23.2）上，对于土壤健康管理和可持续农业发展具有一定的理论指导意义。鹤山站磷素生物地球化学研究组博士后Muhammed Mustapha Ibrahim为该论文的第一作者、侯恩庆研究员为通讯作者。该论文受到国家自然科学基金优秀青年科学基金项目和面上项目的共同资助。全文链接见https://www.nature.com/articles/s43016-023-00893-9。

图1. 氮素管理措施的发展历程。基于理论知识和实践经验的氮肥管理将有效促进农田氮固持、提升氮素利用效率、降低土壤氮损失。