作者 Xiaoqing Cui、Yan Bo、Wulahati Adalibieke、Wilfried Winiwarter、Xin Zhang、Eric A. Davidson、Zhongxiao Sun、Hanqin Tian、Pete Smith 和 Feng Zhou（通讯作者）来自北京大学、北京林业大学、国际应用系统分析研究所、马里兰大学环境科学中心、中国农业大学、波士顿学院、阿伯丁大学及河海大学等机构。该文发表于 *One Earth*，2024 年 3 月 15 日。
本文是一篇综述，系统总结了全球农田氧化亚氮（nitrous oxide, N2O）排放的估算方法、时空格局与减排潜力，并提出了研究优先方向与政策建议。文章首先指出，农业活动贡献了全球人为 N2O 排放的近一半，而农田是最主要的来源之一。N2O 是一种长期存在的温室气体，其百年全球增温潜势是二氧化碳的 273 倍，同时也会消耗平流层臭氧。为满足全球人口增长和食物需求，合成氮肥与粪肥的大量使用使农田 N2O 排放持续上升，因此在不牺牲作物产量的前提下减少农田 N2O 排放成为关键目标。
文章从机制上梳理了 N2O 产生的主要生物和非生物过程。微生物代谢途径约占全球 N2O 排放的 70%，包括硝化作用、反硝化作用、硝化菌反硝化、异化硝酸盐还原为铵、完全氨氧化以及真菌反硝化等。这些过程受土壤性质、气候条件、农业管理措施和微生物群落等多重因素调控。文章强调，由于同一土壤中多种 N2O 生成与还原途径往往同时存在，定量区分各途径的相对贡献仍面临巨大挑战，这也直接影响排放模型的准确性。
在排放估算方面，文章比较了自上而下与自下而上两大类方法。自上而下方法利用大气反演模型，而自下而上方法包括 IPCC 排放清单、统计模型和基于过程的模型。不同方法估计的全球农田 N2O 排放在 0.7 至 3.6 Tg N/年之间，差异主要来源于排放源界定、模型结构、考虑的影响因子以及氮输入类型。文章综合多位作者此前构建的线性混合效应模型和作物特异性排放因子，进一步估算了 1961—2020 年全球 26 种作物的肥料诱导 N2O 排放。结果显示，全球农田 N2O 排放在此期间增长了约四倍，达到 1.2 Tg N2O-N/年，排放热点从 20 世纪 60 年代的欧洲和美国转移至 2010 年代的中国、南亚和东南亚。从作物类型看，小麦和玉米贡献最大，而蔬菜和水果虽然仅占全球农田 N2O 排放的 9%，却是增速最快的来源，特别是在中国等发展中地区。
关于减排潜力，文章重点评估了三类措施：优化氮肥管理、改进灌溉方式以及改变膳食结构。优化氮肥管理包括减少过量施氮、采用增效肥料（如控释肥、硝化抑制剂、脲酶抑制剂和双抑制剂）、调整施肥时间与施肥位置。文章指出，仅通过将全球农田氮盈余从 2020 年的 102.0 Tg N/年降至 46.5 Tg N/年，即可减少 N2O 排放约 409.7 Gg N/年，相当于全球农田 N2O 排放总量减少约 33.4%。不同措施中，增效肥料可降低 N2O 排放 24%—42%，且能在多数情况下提高作物产量；深施肥料对水稻减排效果尤为显著，而增加分次施肥对小麦更有效。改进灌溉方面，滴灌被认为是减少 N2O 排放最有前景的方式之一，相较于沟灌或漫灌可减少 25%—44% 的排放并提高作物产量 7%—16%。文章估算，改进灌溉的全球减排潜力为 147.7 Gg N/年，热点集中于南亚、东南亚、巴西和中国。改变人类膳食方面，文章以 EAT-Lancet 委员会提出的“地球健康饮食”为参考，结合不同研究对全球和区域作物收获面积变化的预测，估算其减排潜力为 57—115 Gg N2O-N/年，其中玉米生产调整贡献最大。
综合各项措施，文章估算全球农田 N2O 的减排潜力约为 0.7 Tg N2O-N/年，相当于当前直接排放量的 61.2%。其中，86% 来自优化氮肥管理；从作物看，玉米、蔬菜水果、其他作物、小麦和水稻分别贡献 22%、16%、15%、13% 和 12%；从区域看，南亚、中国、欧盟、其他美洲国家、美国和东南亚合计贡献超过 80%。文章特别指出，优化氮肥管理在所有作物和区域中均是最有效的单一减排措施，但其他措施在特定区域和作物中也具有不可忽视的作用，如饮食变化对欧盟和美国玉米体系的减排贡献较大。
在研究和政策优先方向方面，文章提出四个主要观点。第一，应扩展 N2O 观测网络和调控实验，特别是在当前观测不足的发展中国家、非生长季以及蔬菜、茶叶等高排放作物系统中。第二，应改进模型对关键生物地球化学过程的表示方式，并提高全球尺度氮输入和农业管理数据的质量。第三，应量化各项减排措施在不同土壤、气候和作物系统间的适用性与效果差异，同时将经济成本、农民接受度、粮食安全及国际贸易等社会经济因素纳入综合评估。第四，应探索新的减排机会，包括选育高氮利用效率作物、利用能够还原 N2O 的微生物以及增强 nosZ 基因表达等生物技术手段。
文章最后强调，技术进步本身不足以实现减排，必须依靠有效的政策推动。中国在测土配方施肥和化肥零增长政策方面的经验可作为其他发展中国家的参考；欧盟硝酸盐指令的实施也表明，法规与激励机制相结合能够有效降低农业 N2O 排放。在全球层面，减少农业氮浪费是协调气候变化、臭氧层保护和粮食安全目标的关键切入点。通过将减排潜力评估与可执行的政策设计相结合，本文为全球农田 N2O 减排提供了较为系统的科学依据与决策参考。