应对粮食安全和环境质量的双重挑战突出了以负责任和有效的方式管理水稻生产中的氮素投入的重要性。在以往的研究中，一个未被充分探索的方面是，在小农户主导农业格局的地区，不同田地的产量表现往往存在很大的差异性。
因此，实施统一的氮肥优化措施可能导致小农场的产量波动或经济风险。因此，动员数以百万计的小农场减少氮肥投入是一项重大挑战。在进行风险分析时，考虑水稻生产的潜在风险和采用氮肥优化方法对环境的影响是至关重要的。
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在一项新的研究中，由中中国科学院南京土壤研究所的赵旭（Zhao Xu）教授和颜晓元（Yan Xiaoyuan）教授领导的一个研究团队，以及来自加州大学戴维斯分校、马里兰大学环境科学中心和中国农业大学的合作者，利用新的分区域特定模型提出了一种最佳的施氮量策略，同时确保化肥使用的社会、经济和环境效益被纳入分析。他们还分析了来自农场研究的大量数据集，以评估小农户的产量损失风险以及与实施这种策略有关的挑战。相关研究结果于2023年2月22日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Optimal nitrogen rate strategy for sustainable rice production in China”。
这些作者发现，在最佳施氮量策略下，中国有可能在2030年达到国家水稻生产目标，同时将中国全国的氮素消耗量减少10%～27%，减少7%～24%的活性氮损失，并将氮素利用效率提高30%～36%。此外，中国国家水稻系统的活性氮污染可以限制在建议的环境阈值下，而不影响土壤氮储量或小农的经济利益。
在中国三种氮管理策略下，基于区域的年度活性氮损失包括氮淋失、N2O排放、NH3挥发和氮径流。饼形图下的值是这四种损失途径中基于区域的活性氮损失。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-022-05678-x。
这些作者还针对中国水稻种植系统的现状，提出了一个多方位的方法来促进每年修订的分区域施氮量策略的实施：首先，建立一个全国性的大型监测网络，监测作物对施氮的产量反应，并建立一个“控氮”决策的智能管理系统；其次，建立一个购买配额使用的氮肥配额管理制度，为所有农民进行氮肥优化使用的奖励和补贴。
赵教授说，“这种方法旨在减少田间的时空异质性，提高优化施氮的准确性和适用性，降低技术推广成本，保证化肥氮素分区宏观调控的科学准确实施，实现区域效益最大化。”
颜教授说，“我们的研究可能会在权衡经济风险与环境效益的基础上，为各地区氮肥分配提供一种较好的策略。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1. Siyuan Cai al. Optimal nitrogen rate strategy for sustainable rice production in China. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-022-05678-x.
2. Optimizing nitrogen application for sustainable rice production in Chinahttps://phys.org/news/2023-02-optimizing-nitrogen-application-sustainable-rice.html
