近日，蘭州大學資源環境學院研究員劉磊團隊與中國農業大學教授劉學軍合作，在美國《國家科學院院刊》以《評估全球海洋氮沉降及減少農業化肥過度使用的緩解潛力》為題發表成果，通過地理學、大氣科學、農業科學、生態學等多學科交叉合作，探究海域氮沉降時空格局及變化規律。

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農業氮排放經過大氣環流進入海洋系統的示意圖。課題組供圖

氮素對于海洋生態系統的物質循環意義重大。全球人口增長和消費水平提高給農業食物生產帶來了巨大壓力，然而農業食物生產（種植業和畜牧業）會產生大量氨排放，在大氣環流影響下沉降在近海海域，進而造成海域水體富營養化，降低水質、氧氣流失和有害藻類的生長。許多陸源排放區靠近海岸，但農業食物生產過程氨排放如何影響海域氮沉降的時空格局仍不清楚。

1970-2018年全球谷物和肉類產量分別增加了一倍多和兩倍多，農業生產導致的氨排放在活性氮排放總量中占有越來越大的比重，從1970年35%增加到2018年53%。由于食物系統氨排放還未得到有效管控，全球氨硝排放比值正在發生快速變化，1970-2018年間全球氨硝排放量比值從0.73增加到1.22，以農業為主的全球氨排放量超過了工業主導的氧化氮排放。種植業和畜牧業是全球氨排放量增加的兩個主要方面，1970-2018年畜牧業氨排放量增加了69%，農田氨排放增加了4倍多。

研究團隊建立了一個從農業系統氨排放經過大氣環流進入海洋系統的分析框架，構建了長時序（1970-2018）氨排放和海洋氮沉降數據集，系統評估了農業生產過程氨排放對海域氮沉降時空格局的影響。

根據大氣化學傳輸模式（GEOS-Chem）模擬結果，全球約30-38%陸地氮排放沉降在海洋系統，其他沉降在陸地系統。1970-2018年全球海洋氨氮沉降增加了89%，2018年中國沿海、印度沿海氨氮沉降最高，其次是巴西東部沿海、黑海和美國東部沿海（西北大西洋陸架）。中國東部海域、印度東部海域氨氮沉降1970-2018年分別增加了2.2倍和1.9倍；美國東部海域和西歐沿海1970-2018年氨氮沉降維持在一個較低水平，約為中國東部海域、印度東部海域氨氮沉降1/5。

由于歐盟和美國成功控制了氮氧化物排放，2000-2018年間，歐洲西部海域（東北大西洋大陸架）和美國東部沿海（西北大西洋大陸架）硝氮沉降顯著降低，分別下降35%和42%；我國東部海域2010-2018年硝氮沉降下降15%。全球海域硝氮沉降2010-2018年下降了6%。

全球農業生產氨排放占海域氨氮沉降量94%，且多數海域農業氨對氨氮沉降占比超過90%。鑒于全球海域氨氮沉降快速增加，迫切需要減少農業肥料的過度使用。根據推算，在不影響當前產量的情況下，可以降低38%氮肥用量。如果可以避免氮肥的過度使用，全球海洋氨氮沉降量將減少15%，中國東部沿海、印度東部沿海氨氮沉降將減少21-25%，歐洲西部海域（東北大西洋大陸架）和美國東部海域（西北大西洋大陸架）將減少12-17%。對于不同的地區，氮肥的過度使用因作物而異。在美國中東部農業區，玉米氮肥過量施用相當普遍，氮肥過量可超過50 kg N ha-1yr-1。在中國和印度，水稻種植氮肥過量問題嚴重，其次是小麥和玉米，部分地區氮肥過量可超過100 kg N ha-1yr-1。

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2221459120