特稿｜粮食安全和环境保护如何双赢？“农业减氮”成本谁来担

去年6月的一天，来自荷兰全国各地的农民、甚至拖拉机聚集起来，示威抗议关闭农场，导火索是荷兰政府此前一周发布的“减氮计划”。对农产品出口量位居世界第二的荷兰来说，农业占了该国近半的氮排放来源。

荷兰政府的做法也被相关专家批判“一刀切”。然而，更合理的减氮出路在哪里？“农业污染治理实际上是很困难的一件事情。”浙江大学环境与资源学院长聘教授谷保静在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者采访时如是表示，其主要研究方向包括氮循环及其调控、土壤与全球变化、环境经济与生态管理、农业与可持续发展等。

以太湖水环境治理为例，作为中国经济最发达的地区，太湖流域的污染物排放量从上世纪90年代开始就超过了水域纳污能力。最终在2007年发生蓝藻大规模暴发，并引发了区域供水危机，这也直接催生了对太湖生态环境的综合整治。当年发布的《江苏省太湖水污染治理工作方案》中即提到，要加大农业面源污染防治力度。农业面源污染产生的氮磷，加重了对太湖水体的污染，必须加大治理力度。

治理任重而道远。国家发改委、自然资源部、生态环境部等六部门在2022年印发的《太湖流域水环境综合治理总体方案》显示，综合治理实施14年来，太湖流域水环境质量明显改善，但水环境状况及太湖治理仍面临一些问题。

太湖流域水环境综合治理专家咨询委员会专家、水利部太湖流域管理局局长朱威曾指出，“经过多年治理，太湖水环境水生态稳步向好，但目前入太湖污染物总量仍远超湖体水环境容量，蓝藻水华多发频发，稍有松懈就有可能出现反复，太湖水生态环境问题尚未得到根本性解决。”

在谷保静等专业人士看来，相较于工业等点源污染，农村环境及农业面源污染的治理更为不易。“尤其中国的国情是‘大国小农’，小农户占到农业从业人员的九成以上，农地规模太小，工业污染中的处罚措施在农业领域也难以实施。此外，还需要考虑到事关民生大计的粮食安全问题。”

“农业污染治理问题，它应该需要一个激励机制。”这是谷保静在三四年前去墨尔本大学访问时和其他学者探讨时提出的思路，最终他们在经过系统的研究之后将之命名为“农业氮素信用系统”，简称“NCS”。今年1月初，这项系统的研究刊发于顶级学术期刊《自然》（Nature），谷保静系第一作者和通讯作者。

行驶缓慢的“抗议”拖拉机一度造成了荷兰高速公路上的拥堵。

化肥的“功与过”

毫无疑问，化肥是农业生产的重要物质基础，被称为是粮食的“粮食”。每到春耕时节，化肥保供也是一件头等大事。

自农业诞生以来，马尔萨斯陷阱的阴影就紧紧笼罩在人类的身后。换句话说，人口增长的速度远远超过粮食的增长速度。而20世纪最伟大的发明——合成氨技术，使得人类能够在数量和时间上掌握肥料，突破了自然界的限制。20世纪60年代前后，化肥开始在农业领域广泛使用，提高了作物产量，为全球粮食安全作出了重要贡献。

中国的挑战更是摆在面前，要用全球9%的耕地养活占全球18%的人口。

以中国最重要的口粮作物水稻为例，1989 年，国际水稻研究所提出了“超级稻”(SuperRice) 的概念并启动了“超级稻育种计划”。在随后的30多年中，中国育种家通过创新育种技术、拓宽遗传基础，配制强优势杂交组合,育成一批超级稻新品种, 使水稻单产水平不断获得突破。

这样的突破也随之带来很多问题，其中一点稻生产面临资源环境的严峻挑战，严重影响我国生态安全。中国农科院作科所徐建龙研究员此前曾表示，“以前人口多要吃饱，越来越强调生产，大量使用化肥造成土壤退化、江河湖海富营养化，同时大量使用氮肥也导致米质下降。病虫害加重，通过大量喷药防治，破坏生态环境，危害人体健康。”

中国科学院遗传发育所研究员、分子农业生物学中心主任傅向东带领其团队长期研究如何获得高产而少肥的农作物。他此前在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者采访时表示，“上世纪90年代之后出现了一个拐点，化肥使用量一直在上升，但产量并没有提高。”傅向东表示，农民都希望施更大量的肥从而获得更高的产量，但事与愿违。

傅向东同样谈道，与此同时，氮肥大量使用带来的环境问题与日俱增。“国内肥料的使用量是全世界平均的3倍，这个压力是很大的，所以尤其在中国，提高氮肥利用效率是非常重要的。”目前，中国水稻种植面积占世界水稻种植面积的20％，但中国水稻氮肥用量却占全球水稻氮肥总用量的37％。

持续大量的氮肥投入，不仅浪费了资源和能源，而且加剧了土壤酸化、水体富营养化和农业温室气体排放等一系列生态环境污染问题。“为了增加一点点的产量，需要多施很多的肥。现在，我们碰到了新的困扰。”傅向东表示。

谷保静团队援引数据表示，全球农田每年施用的氮肥量高达1.2亿吨，再加上有机肥和生物固氮等，农田氮输入总量约2亿吨。而值得重视的一点是，农作物对氮肥的利用效率之低让氮素利用效率不足50%。

此外，受经济发展和农业技术发展水平的影响，各国的化肥施用量不一。“像中国、印度等东亚、南亚和东南亚地区，普遍过量施肥，我们国家可达到过量30%-50%；而像非洲、拉丁美洲等地区，还存在施肥不足的问题。”谷保静表示，相比之下，欧盟、澳大利亚、北美洲等地区的施肥优化水平比其他地区都要高，“但这些国家还要持续去优化，尚没有达到最优的状态。”

谷保静分析称，过量施肥和施肥不足均非正解。他表示，从过量的角度来看，水污染、空气污染、温室效应、生态系统多样性下降、土壤酸化等均为严重的后果。而一旦不足，土地会日渐贫瘠，粮食产量受到影响，从而威胁粮食安全。

农民抛洒施肥。

“减氮”有哪些招？

农业生产对资源的“高需求”和对环境的“高破坏”在国内也早就引起了重视。

仍然以水稻为例，中科院院士、华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室主任张启发教授于2005年即提出了绿色超级稻的构想。即要求培育的品种不仅高产优质，而且具备抗病虫、高效的养分吸收利用、节水抗旱等绿色性状，达到生产上“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的目标。而傅向东等科学家和育种家也在朝着“高产而少肥的农作物”的育种目标迈进。

中国政府部门眼下的策略是力压化肥使用量，使其增长率降低，直至零增长、甚至进一步减量，相关行动方案自2015年起出台至今。

2015年，农业部印发《到2020年化肥使用量零增长行动方案》。彼时，我国化肥生产量超过7000万吨（折纯），同时农用化肥施用量近6000万吨。农作物亩均化肥用量21.9公斤，远高于世界平均水平（每亩8公斤），是美国的2.6倍，欧盟的2.5倍。这份行动方案的目标是：到2020年，初步建立科学施肥管理和技术体系，科学施肥水平明显提升。2015年到2019年，逐步将化肥使用量年增长率控制在1%以内；力争到2020年，主要农作物化肥使用量实现零增长。

2022年，农业农村部再度印发《到2025年化肥减量化行动方案》，提出进一步减少化肥施用总量，重点减少化肥用量，提高有机肥资源还田量、测土配方施肥覆盖率以及化肥利用率，即“一减三提”。数据显示，2021年全国农用化肥施用量5191万吨（折纯）、比2015年减少13.8%。

谷保静谈道，欧美等发达国家对农田氮污染治理的治理起步较早，“上世纪七八十年代就开始，花了将近20年时间。”总体而言，行之有效的方法，一是先进技术的开发，二是农地规模化的推行。

而在过去的近四年时间里，谷保静团队和澳大利亚墨尔本大学、江苏农科院、荷兰环境评估署、北京航空航天大学、国际应用系统分析研究所(IIASA)、德国波茨坦气候研究所、荷兰瓦赫宁根大学、英国生态水文中心等国内外高校院所合作，他们试图给出一套更系统的“减氮”方案，并配上或能帮助方案落地的推行策略。

研究团队首先筛选了全球现有可行的减排措施库，并量化了它们在2015年的全球农田中实施而减少氮素污染的潜力。通过对过去20年的1521个田间观测数据进行综合分析，研究确定了11项氮素管理的关键措施。

这些措施又被划分为三个层级：第一层级主要是肥料改良(增效肥料、有机肥、作物秸秆等)、豆类作物轮作和建立农田缓冲带；第二层级是4R养分管理，即正确的施肥率、施肥类型、施肥时间和方式；第三层级是作物新品种的引进、最佳灌溉和优化耕作方式。

“这三个层级的划分主要基于实施的难易程度和它的成本收益情况。”谷保静表示，“通常来说，措施层级越低就越容易执行和推广，而层级越高，它所需要的知识和额外投入也越多，实施成本因此也高，农民就越难采取该项措施。”

谷保静以增效肥料举例，“例如采用添加脲酶抑制剂的新型肥料，缓控释肥的效果马上就会显现，对农民而言，除了购买的肥料不同，其他没有任何区别，这就意味着比较容易执行。”

脲酶抑制剂的作用即提高氮肥利用率，其原理是，土壤中存在着的脲酶能够催化尿素水解成铵态氮，抑制脲酶的活性后则能够减慢尿素分解，让养分缓慢释放出来，提高尿素的利用率。谷保静强调，该策略目前的执行难点并不在于农民端，而是受制于价格更为昂贵，“这也是为什么我们要去提农业氮素信用系统，如果通过这一方案使得新型肥料在补贴后价格同样具有竞争力，那农民自然会选择它。”

而谈到第二层级的措施，即让农民掌握正确的施肥率、施肥类型、施肥时间和方式，“这就要求农民首先要懂得这些知识，那就必须对农民进行培训，中国目前小规模经营农户为2.3亿，光培训成本可能就高到无法去真正落地操作。”这一点对已整体实现规模化经营的国家而言，推广起来则更为容易。

根据谷保静等人的测算，总体而言，上述三个层级的措施能有效减少总氮损失30-70%，同时分别提高作物产量10-30%和氮素利用效率10-80%。

农户是“减氮”买单方吗？

谷保静等人数年前的“灵感”是设计一个激励机制去解决农业污染问题。他们首先需要对其中的成本和收益摸清底细。

“所有先进的管理措施或者优化的管理措施，实施过程中都是有成本的，以前很多人一直忽略这个问题。”谷保静谈到非常容易理解的一个现象，“比如研发出新的技术，化肥不是用撒的方式，而是先挖坑再施深一点，那么它的流失和污染就小一点，这看上去非常简单。”

而在现实中，这样的操作意味着农民需要耗费数倍的时间完成同样的工作，这对原本就“不赚钱”的农业生产来说是雪上加霜。小农户们投入更多时间精力，从产量和收益上来说却无增加，“有点像‘吃力不讨好’，这也是农业污染，尤其是在小农经营下很难控制的最主要的原因之一。”

经过模拟计算，研究团队发现，以2015年为基准，如果在全球农田实施这些措施，每年可以多收获1700万吨作物氮，增长20%左右，同时，减少2200万吨氮肥使用量，即减少21%左右，减少2600万吨氮素污染，降幅达32%。

这些变化可以带来的总社会收益高达4760±1230亿美元。

在成本方面，研究显示，这些减排措施的实施需要额外的设备、人工、材料和服务投入，总实施成本约为340±90亿美元。不过，由于氮素管理措施可以节约农田氮肥的施用而减少150±40亿美元的化肥成本，抵消了44%的总减排成本。

因此，最终的净实施成本约为190±50亿美元，仅约占上述总社会收益的4%。

从地区来看，根据他们的估算，仅中国就需要大约50±10亿美元实施成本，其次是印度，需要30±10亿美元。目前这两个国家是氮肥的最大消费国，也是氮素的最大排放国。而其他国家的净实施成本普遍低于10亿美元。

为了给未来的政策制定提供信息，研究团队还利用三个层级的措施，探讨了在不同情景下到2050年的农田氮素投入、利用和流失情况。

根据团队估计，第一层级措施为农民提供了净经济效益，在全球范围内具有最大的应用潜力，可以贡献一半的农田氮素减排潜力。而实施第二层级和第三层级的措施对整个社会具有巨大的收益，但对农民而言，则要付出高额的实施成本，这会严重阻碍减排措施的落地。

2050年不同层级措施组合下的成本收益情况。(a)全球尺度的减排成本和收益；(b)分区域的化肥节约量；(c)分区域的NUE变化。摘自谷保静等人研究论文

账本有了、前景也不错，但其可行性最终取决于谁来买单？

研究团队指出现实困境，由于多种社会经济障碍，例如缺乏激励、财政资产不足、政策限制，甚至社会关注等，许多国家尚未广泛采取面源污染的缓解措施。农民必须投入资金、劳动力、知识和其他基本投入来实现这些改变，而改变农民的做法又并不容易，特别是对大量小农来说，即使有强有力的证据表明改变做法会带来经济收益。

和前述提到类似，原因主要是当今社会小农的农业收入比低，也就是农业收入占其总收入的比重较低。

谷保静等人的对策是将减排成本社会化，并提供农民获得资金支持的途径，即农业氮素信用系统。他们的设想是，从氮素优化管理中受益的全社会各方来筹集财政预算，用来激励和补贴那些实行最佳管理措施以减少污染和提高产量的农民，从而减少氮素污染。

谷保静解释说，许多国家都普遍使用农业补贴来维持间接有利于粮食安全和环境的农业实践，而农业氮素信用系统可以被视为更好地将整个社会的成本和效益联系起来的强化方法，如果能够明确界定实施成本和效益，就可以在国家、省或地方范围内实施这种制度。

例如在澳大利亚的大堡礁保护行动中，当地政府已经开始采用氮素信用系统。当地农民种植甘蔗过程中大量施用化肥，导致大堡礁海域受到污染，政府和环保组织对减氮的农民进行氮素信用补贴。每减少一吨的氮素污染都会获得相应的信用分，这个可以拿到专门的机构去交易，最终降低大堡礁海域的氮污染总负荷量。

目前，在高收入国家，由于农业经营主体一般是大型企业，经济实力雄厚，再加上现有资本资产和运作良好的金融市场，更容易获得金融资源，环境污染也可以通过对氮盈余征税实现内部化。这种方法符合污染者自付原则，可以避免反弹效应，并为创新提供激励。另一种推进氮素管理的方法则是引入多参与者政策方案，将成本和收益的相关方聚集在一起共同解决。

不过这些方式一般到农业发展到高级阶段才能实施，并不适用于小农经营的情况。

农业氮素信用系统。

谷保静等人认为，无论如何，他们的研究表明，社会从改进的农业氮素管理政策解决方案中获益的潜力很大，但至今尚未系统开发。“我们已经证明改善农业氮素管理的氮素信用系统具有很大的潜力，但政策落地依然道阻且长，希望能够通过耦合更多的环境目标和政策工具，来实现农田管理措施的落实。”

谷保静对澎湃新闻记者反复强调一点，对中国的农业生产和粮食安全而言，未来主要的挑战在于“规模化和老龄化”。“我认为应将眼光放到更远，随着农村严重的老龄化，中国农业的规模化和现代化应该会到来。我们不要指望今天分析的问题今天就解决了，重点是要分析未来的目的和愿望是什么。”

“关键的问题在于我们要朝着那个方向去走，而不是南辕北辙。”其如是表示。