2022年3月28日，中国农业大学与兰州大学、北京大学、南京大学、中国科学院华南植物园、中山大学、中国海洋大学和南京农业大学以及美国斯坦福大学等的学者合作，在国际著名综合学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS, Proceedings of The National Academy of Sciences of the United States of America）发表了题为“探索1980年以来全球农业氨排放变化及其对氮沉降的贡献” (Exploring global changes in agricultural ammonia emissions and their contribution to nitrogen deposition since 1980) 的研究成果。兰州大学刘磊研究员为论文第一作者，我校（中国农业大学）资环学院刘学军教授和兰州大学刘磊研究员为论文共同通讯作者，我校资环学院许稳副教授为论文的第二作者。

氨气作为大气中最主要的碱性气体，不仅是大气细颗粒物PM_2.5污染的重要推手，更是大气氮沉降的重要贡献源。过去几十年来随着人口增加全球农业生产中化学氮肥与有机肥的大量使用大气氨排放在持续增加，然而全球农业系统哪些作物或动物具有高氨排放潜力及农业氨排放如何影响全球氮沉降的时空格局尚不清楚。针对上述问题，研究团队基于多源地理空间数据（包括农田施肥、畜牧业养殖、遥感活性氮浓度等）和区域统计数据，建立了自下而上的农业氨排放计算方法，开发了全球近四十年（1980-2018年）的长记录农业氨排放数据集。研究发现从1980年到2018年，全球农业系统（包括农田和畜牧业）氨排放量增加了78%，其中农田氨排放量增加了128%，畜牧业氨排放量增加了45%。全球三种主要作物（小麦、玉米和水稻）和四种主要动物（牛、鸡、羊和猪）占氨排放总量的70%以上。该研究首次在全球尺度量化了主要作物和动物类型对农业氨排放的贡献，回答了目前农业系统氨的主要排放源，对准确认识全球农业氨污染提供了重要数据支撑。

同时，研究团队基于构建的长时序农业氨排放数据集，驱动了全球大气化学模型GEOS-Chem，系统评估了全球1980年来农业氨排放对氮沉降时空格局的影响。研究发现欧盟是全球氨态氮沉降1980年来下降的唯一区域，下降了约16%，其主要原因是欧盟已将氨排放控制列入空气污染防治政策，并制定了一系列针对性农业氨减排措施。然而，除了欧盟国家，目前全球大部分国家都尚未对氨排放进行严格管控，导致全球陆地氨态氮沉降增加了72%，其中氨态氮沉降占总沉降的比例从1980年的41%上升到2018年的54%。我国氨态氮沉降增长最为迅速，1980年以来增长了112%，到2018年我国氨态氮沉降约为欧盟的4倍；美国氨态氮沉降1980年以来增加了16%，到2018年其氨态氮沉降量与欧盟基本相当，约为我国的1/4，该系统性研究成果为认知全球氮沉降的长时间变化具有重要参考价值。

此外，农业氮肥的过量使用被认为是氮沉降升高的重要原因之一，基于产量-氮肥反馈关系模型，发现在维持现有农作物产量不变的前提下全球氮肥使用可降低38%，其中三种主要作物（小麦、玉米和水稻）约占氮肥过量使用的72%。氮肥使用过量约占农业（农田和畜牧业）氨排放的11%，中国、印度和美国氮肥过量使用分别占各国农业氨排放的31%、25%和22%；氮肥过量使用占全球氮沉降总量的10%，中国、印度和美国氮肥过量使用占各国氮沉降总量的10-20%。除了种植业外，畜牧业系统的合理管控可进一步减少农业氨排放，例如酸化抑氨、密闭控氨、回收固铵等。尽管西欧国家（如丹麦和荷兰）已经采取了农业氮管理措施并制定了氨排放控制政策，但中国、印度、美国等在解决农业氨污染方面仍缺乏相关政策支持。未来如果不加强对氨排放管控，氨态氮在全球氮沉降中将占有更大比重。该研究为认识农业氨污染提供了数据支撑，为相关政策制定提供了重要的科学依据，这对实现《科伦坡氮素宣言》目标，将全球氮素污染减半具有重要意义。

本项研究是地理学、大气科学、生态学和农业资源与环境等多学科交叉合作的成功尝试，对认识大气氮沉降的时空格局和农业氨排放的相互关联具有重要的学术价值，也有利于推进农业氨管控的全球共识。研究工作得到国家重点研发计划（2017YFC0210100和2017YFD0200101）、国家杰出青年基金（41425007）、自然科学基金项目（42001347、41471343、41705130和41922037）、兰州大学中央高校自由探索项目和中国农业大学高水平团队建设项目的资助。

图1 全球农业氨排放的空间分布及其主要贡献

图2 氮肥过量使用对农业氨排放和氮沉降的贡献

论文信息：Lei Liu, Wen Xu, Xiankai Lu, Buqing Zhong, Yixin Guo, Xiao Lu, Yuanhong Zhao, Wei He, Songhan Wang, Xiuying Zhang, Xuejun Liu, Peter Vitousek, 2022. Exploring global changes in agricultural ammonia emissions and their contribution to nitrogen deposition since 1980, Proceedings of the National Academy of Sciences, 119 (14), e2121998119, https://doi.org/10.1073/pnas.2121998119.

文章链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121998119