北大周丰课题组在Nature Food发文量化全球农田氧化亚氮减排潜力

导     读

研究论文首次揭示了全球农田氧化亚氮（N2O）排放因子（EF）的空间分异及其生物地球化学机制，并量化了全球农田N2O减排潜力。

来源：北京大学城市与环境学院网站（2021年10月22日）

2021年10月21日，北京大学城市与环境学院周丰课题组在Nature Food上发表题为“Global mapping of crop-specific emission factors highlights hotspots of nitrous oxide mitigation”的研究论文，首次揭示了全球农田氧化亚氮（N2O）排放因子（EF）的空间分异及其生物地球化学机制，并量化了全球农田N2O减排潜力。

氧化亚氮（N2O）是单分子增温潜势较二氧化碳（CO2）高300倍（100年时间尺度）的强效温室气体，其在大气中寿命可达百年之久，也是平流层臭氧最主要的破坏者。农业是最大的N2O人为排放源，其中农田氮肥施用（含化肥和有机肥）是其主要贡献者。因此，减少农田N2O排放对全球升温控制在2°C 以内是至关重要的。

农田N2O减排潜力取决于EF和施氮阈值，准确确定EF的空间格局，以及量化兼顾粮食和环境安全的施氮阈值目前面临的主要挑战。周丰课题组联合7个国家科研人员，建立了完整且具有更高代表性的全球农田土壤N2O排放通量同化系统，确定了可验证的不同作物的施氮阈值，利用“自下而上和自上而下”耦合方法体系，系统回答3个科学问题：1、全球农田EF的空间异质性多大？2、全球和区域尺度下关键驱动因素是什么？3、在粮食和环境安全前提下，全球农田N2O减排潜力多大，哪里最有效？

研究发现，1）农田N2O EF的空间分异达2个数量级，在以往观测盲区存在多个EF高值区（如中美洲、东南亚、北欧）；2）不管是全球还是区域尺度，环境条件（湿润指数、SOC和粘土含量）均是农田N2O EF地域分异的主导因素，而非传统认为的农艺管理措施（图1），通俗地讲，自然条件通过调控“水-土-气”界面化学过程来塑造着N2O排放因子的格局，且调节着农艺管理对排放因子的影响程度；3）在不影响作物产量的情况下，全球农田土壤N2O可减排30%，相当于中国和美国的农田土壤N2O排放之和，其中65%的全球减排潜力集中在20%的播种面积（亚热带湿润气候或潜育土和强淋溶土，图2），换句话说，“小范围，大潜力”，为实现环境和粮食安全的协同效益提供了科学依据。

图1 农田氧化亚氮排放因子空间分异的多尺度驱动因素。a. 全球尺度，b-e. 栅格尺度（3.75° ´ 3.75°）

图2 全球农田氧化亚氮减排潜力

注：图中数字表示20%全球作物收获面积所实现的累积减排潜力

北京大学城市与环境学院博士后崔晓庆为第一作者，周丰为通讯作者。周丰课题组博士生薄岩、硕士生王琪慧（已毕业）和吾拉哈提×阿达力别克对本研究做出了重要贡献。合作者来自法国气候与环境实验室Philippe Ciais教授，马里兰大学Eric A. Davidson教授，联合国粮食及农业组织Francesco N. Tubiello博士，宾夕法尼亚州立大学Xiaoyue Niu教授，海南大学巨晓棠教授，联邦科学与工业研究组织Josep G. Canadell博士，乌得勒支大学Alexander F. Bouwman教授，斯坦福大学Robert B. Jackson教授，科罗拉多州立大学Nathaniel D. Mueller教授，中国科学院大气物理研究郑循华教授，纽约大学David R. Kanter教授，奥本大学Hanqin Tian教授和中国农业科学院展晓莹博士。该成果得到了国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s43016-021-00384-9

数据链接：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.14842965

https://doi.org/10.6084/m9.figshare.14844069

https://doi.org/10.6084/m9.figshare.16353480