近日，南方科技大学环境科学与工程学院教授郑一课题组在环境科学领域顶级期刊Environmental Science & Technology（ES&T）发表题为“Role of organic and conservation agriculture in ammonia emissions and crop productivity in China”的研究论文，揭示了有机和保护性农业对氨排放和作物产量的协同影响机制。该研究对于我国农业政策制定和多个可持续发展目标的协同改善具有重要参考意义。

      氨（NH₃）作为大气中重要碱性气体，对大气细颗粒形成、水体富营养化、土壤酸化和人体健康等都有重要影响。农业是NH₃第一大排放源，其中化肥施用是主要影响因素。因此，在确保粮食产量的同时减少农田NH₃排放，对于全球可持续发展意义重大。有机农业和保护性农业（Organic and Conservation Agriculture，简写为OCA）被认为是替代传统农业的两种模式，前者可提高生物多样性、减少对环境的影响，后者可提高土壤养分、有机质和作物产量。近年来，我国制定了一系列政策推动OCA。但OCA对NH₃减排和粮食增产在多大程度上存在协同改善效应，尚缺乏定量研究。

本研究对1990-2020年间中国318个农田控制试验进行了数据整合分析（meta-analysis），并用随机森林机器学习算法对不同OCA措施与气候、土壤等自然条件的交互作用进行解析（图1），定量揭示了OCA对NH₃排放和三种主要粮食作物（小麦、玉米、水稻）产量的协同影响机制。研究发现，利用畜禽粪便替代40-60%的化肥可实现减排和增产的最大协同效益。对于畜禽粪便部分替代化肥的措施，当降雨量>380mm时，NH₃排放减少量和作物产量分别是降雨量≤380mm时的1.5和1.6倍；对于免耕措施，而当降雨量≤380mm时，NH₃排放增加量是降雨量>380mm时的10.4倍。有机农业的高产量和低排放发生在土壤高pH值、低粘粒含量和降水较多的区域。研究初步估计，通过适当的OCA措施，每年最多可增加粮食产量0.6亿吨（100%秸秆还田），或最高减少NH₃排放造成的健康损失27亿美元（畜禽粪便替代60%的化肥）（图2）。

图1. 有机农业和保护性农业对农田NH₃排放、作物生产力和氮利用率的影响

图2. 2030年我国有机农业和保护性农业对粮食增产和降低NH₃排放健康损害的效应分布

环境科学与工程学院研究助理教授徐鹏和香港科技大学博士生李庚（曾为环境科学与工程学院访问学生）为共同第一作者，郑一为通讯作者，南科大是论文第一单位。合作者包括美国康奈尔大学教授Benjamin Z. Houlton、中科院遗传所农业资源中心研究员马林、中国农业大学副教授艾东、南方科技大学环境科学与工程学院助理教授朱雷、美国科罗拉多州立大学研究员陈安平等。该成果得到了国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.1c07518 

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：晏梓添

主图：丘妍

编辑：朱增光