食品系统中的多目标氮管理
氮(N)是粮食生产的重要营养元素，关系到人类消费、资源和环境。氮伴随着肥料、食物、饲料和其他物质，沿着“资源-肥料-作物生产-畜牧生产-家庭-环境”系统流动。氮储量和流量直接关系到粮食安全、资源、环境和经济等可持续发展目标。特别是在环境方面，大量的氮输入中只有20%被植物和动物吸收进入食物系统，过量的氮流失到环境中会导致空气和水污染、富营养化、土壤酸化、积累等问题。地下水中的硝酸盐和温室气体排放。这些环境影响对粮食安全和环境健康构成严重威胁，也阻碍农业绿色发展。回答粮食系统中“在哪里、减少多少以及如何减少”氮的问题一直是农业氮管理的巨大挑战。
中国农业大学张福锁教授及其团队正在以华北平原衢州县为例，探索粮食系统多目标氮素管理的综合评估框架。第一步，他们改进了NUFER(食物链、环境和资源利用中的营养流动)模型，该模型结合了当地农民调查数据、监测数据和统计数据。改进后的 NUFER 模型可以量化粮食系统中的氮流量，并确定不同作物和动物的贡献。他们发现，2020年衢州通过食物链向环境损失的氮量达9400吨，其中约88%来自农作物和畜牧生产。小麦、玉米、蔬菜、猪和蛋鸡是农作物和动物生产中氮素损失的主要原因。第二步，制定多目标氮管理目标，将粮食安全、环境和经济可持续性结合起来。在粮食安全方面，首要重点是确保当地居民农作物和动物食品的充足供应。对于环境的可持续性，本研究更侧重于减少空气和水污染的影响以及提高氮资源效率。经济指标考虑促进农业效益。第三步，他们利用NUFER模型，通过情景分析，探索有效的氮素管理解决方案，实现多目标氮素管理，这在衢州的方案总结中得到了体现。减施氮肥、深施肥、脲酶抑制剂技术、低粗蛋白、堆肥添加剂、增加粪肥还田等措施相结合，可减少硝酸盐淋失12%，粮食产量提高15%，粮食生产氮素利用效率提高15%。与2020年基准年相比，实现粮食系统多目标减排目标31%。为了促进 N 管理方案的实施，促进所有利益相关者之间的合作非常重要。政府、研究人员、企业和当地农民之间合作创造和实施新技术方法可以有效促进技术转让和应用。中国农业大学的科技后院(STB)给我们提供了一个很好的例子。
农业可持续氮管理与我们的粮食安全、环境质量和经济发展密切相关。这是农业氮素管理从农田到粮食系统、从单一目标到多目标协同管理、从单一科学研究到不同利益相关者共同参与的重要飞跃。这一转变是支持农业绿色发展的重要保障。
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