玉米、小麦和水稻是三种最主要的粮食作物，直接作为人类食物或间接作为牲畜饲料，为人类提供约三分之二的所需热量。玉米、小麦和水稻不仅在保障全球粮食安全方面发挥着关键作用，而且其种植过程中大量的氮肥施用也是温室气体氧化亚氮（N2O）的主要排放源。因此，在维持甚至增加作物产量的同时，减少N2O排放对于协调粮食安全和气候变化至关重要，而目前对主要粮食作物的N2O排放强度（即单位作物产量的N2O排放量）还知之甚少。
开云登录入口手机版 姚志生研究员团队基于全球三大粮食作物（玉米、小麦和水稻）的
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O排放田间原位观测和作物产量数据集，探讨分析了
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O排放强度的变化模式、控制因素以及相应的潜在减缓措施。结果表明，全球三大粮食作物的
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O排放强度平均值为210gN Mg
-1，其中小麦的
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O排放强度最高（322
gN Mg
-1），分别是玉米（211
gN Mg
-1）和水稻（153
gN Mg
-1）的1.5和2.1倍。三大粮食作物的
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O排放强度在热带或亚热带地区均普遍高于温带地区，而且还呈现出从低纬度向高纬度降低的趋势。与氮肥管理相比，气候和土壤因素可以更好地解释这种全球变化模式，而三者的综合效应可以预测70%以上的变化。此外，该研究得出土壤
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O排放和作物产量的关系遵循最佳高斯曲线，即在作物产量比较低时，
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O排放随着产量的增加而增加，但在超过阈值（即玉米为10 Mg ha
-1、小麦为6.6 Mg ha
-1、水稻为6.8 Mg ha
-1）后，土壤
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O排放则随着产量的进一步增加而显著降低；并且，随着氮肥利用率的提高，三大粮食作物的
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O排放强度均显著下降。这突出表明，氮肥利用率可以作为关键的指标，用于协调作物生产与减缓
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O排放之间的权衡。对于三大粮食作物来说，减少30%的常规氮肥用量、优化施肥方式和施肥时间或施用高效氮肥（如硝化抑制剂、缓释肥和生物炭）均能在稳产甚至增产的情况下，显著降低其
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O排放强度。综上所述，本研究结果为制定有效和有针对性的减缓或适应策略，以实现三大粮食作物的可持续集约化生产提供了关键指导。
上述研究成果发表于国际学术期刊Global Change Biology（IF=11.6），得到国家自然科学基金项目（42177217和41977282）资助。
文章链接：
Yao, Z., Guo, H., Wang, Y., Zhan, Y., Zhang, T., Wang, R., Zheng, X., Butterbach‐Bahl, K. 2024. A global meta‐analysis of yield‐scaled N2O emissions and its mitigation efforts for maize, wheat, and rice. Global Change Biology, 30 (2): e17177. https://doi.org/10.1111/gcb.17177.
图1. 三大主粮作物（玉米、小麦和水稻）氧化亚氮（
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O）排放强度的全球变化模式、主要控制因素及其相应的减排措施。
