Nitrogen Cycling | 农业面源氮污染管控中最佳管理措施的空间优化:综述与实践框架

尽管最佳管理措施（BMPs）已被广泛应用，但全球农业非点源氮污染问题依然严峻。主要原因在于，传统的规划与建模框架侧重地表径流，而忽略地下水运移、遗留氮累积以及在水质改善的滞后效应。本研究在现有优化方法的基础上，提出了一套针对氮素污染的空间优化框架。该框架重点整合了三个关键维度：（1）详细刻画地下氮输移和遗留效应；（2）引入动态且对时间敏感的优化目标；（3）综合考量农户采纳意愿与制度可行性。具体而言，本研究主张采用过程导向的空间决策单元与综合流域模型，以显式表达硝酸盐的地下运移路径与遗留氮消耗过程，并在传统成本效益分析中加入“达标所需时间”与“遗留氮削减速率”等动态指标确保治理策略在未来气候和经济情景的不确定性下依然有效。在技术方面，通过代理模型和基于情景的优化方法，并结合自适应采样及并行计算等，在确保模拟精度的同时克服计算瓶颈。此外，该框架将农户采纳概率、交易成本及特定国家的政策约束直接嵌入优化设计中，并建立基于结果的激励体系。这一方法实现了将硝酸盐管理从理论建模转变为可操作的治理方案，为决策者提供了兼顾环境效益与现实可行性的治理策略。

1. 从过程层面重构氮空间优化框架：采用地表–地下水耦合模型与以过程为导向的空间单元，显式刻画氮素在地下的输移路径及遗留氮的时间滞后效应，突破传统地表径流导向的优化假设。

2. 从目标函数层面引入时间与概率维度：将达标时间、遗留氮消减速率纳入优化目标，取代静态的负荷削减指标；并通过多情景分析引入合规概率，使氮管理优化能够应对长期滞后与未来不确定性。

3. 从实施层面兼顾计算效率与落地可行性：通过代理模型辅助优化，结合主动学习与并行等方式提升计算可行性，并将农户采纳率、交易成本和分阶段激励机制等嵌入优化框架，推动理论最优解向可实施方案转化。

本文系统探讨了农业面源氮污染治理的空间优化策略，指出传统框架因忽视地下水传输的滞后性与历史遗留氮素效应，导致现实治理效果不及预期。通过整合地表–地下水耦合模型与过程驱动的精细空间单元，本研究提出的优化框架能够更加准确地刻画氮素的长期迁移过程及遗留氮的耗减动态。针对以年均负荷削减为代表的传统静态评价指标，研究进一步引入达标时间（TTS）、遗留氮消减率（LDR）和达标合规概率等对时间敏感且稳健的优化目标，以更好地应对气候变化和土地利用变化带来的未来不确定性。在计算层面，结合代理模型、主动学习和并行计算等方法，在保持关键过程一致性的同时显著提升了计算可行性。此外，研究强调必须将农户参与意愿、交易成本及风险共担机制纳入模型，使理论上的最优方案转化为可执行的现实程序。通过在不同国家制度背景下的对比分析，本研究最终为政策制定者提供了一套兼顾环境效益、经济风险与社会采纳度的可持续治理路径。