【研究背景】
氮（Nitrogen, N）是农业生产中最核心的限制性养分之一，对保障粮食安全具有关键作用。然而，传统高投入的施氮模式不仅导致氮素利用效率偏低，还会引发一系列生态环境问题，包括氮淋失、氮氧化物排放以及温室气体增加等。在水稻种植系统中，由于长期淹水形成的强还原环境，甲烷（CH₄）成为主要的温室气体排放形式，其对全球变暖的贡献显著高于二氧化碳。在“双碳”背景下，如何在保障水稻稳产高产的同时降低甲烷排放，已成为农业生态学与全球变化研究的核心问题之一。已有研究表明，氮管理措施对水稻产量具有显著影响，但其对甲烷排放的调控作用仍存在较大不确定性，尤其是不同区域环境条件差异导致的响应异质性尚未被系统量化。同时，现有IPCC温室气体核算方法（Tier 1）尚未充分纳入精细化管理措施的影响，限制了评估精度。
【研究概况】
南京农业大学江喻教授团队在《Global Change Biology》上发表了题为《Large Potential for CH4 Mitigation and Yield Improvement in China's Paddies Through Locally Optimized N Management》的研究论文。该研究通过整合多区域田间试验数据并结合机器学习方法，系统评估了因地制宜的氮管理策略在中国水稻生产中实现甲烷减排与产量提升的潜力，发现局地优化的氮管理可同步降低水稻甲烷排放并提高产量，实现农业生产与气候目标的协同优化。南京农业大学江喻教授与中国水稻研究所李凤博副研究员为该论文共同通讯作者。
【主要研究结果】
（1）优化氮管理显著降低甲烷排放：基于多区域田间试验的Meta分析结果表明，与传统施氮方式相比，局地优化氮管理措施（如延迟施肥、减少施氮量及深施等）可使水稻田甲烷排放降低约16%–21%。这一结果表明，氮管理不仅调控氮循环过程，也显著影响碳循环中的温室气体释放。
（2）甲烷减排的微生态机制：研究发现，优化氮管理通过降低土壤中无机氮有效性及有机质分解速率，减少产甲烷微生物可利用底物（如简单有机碳），从而抑制甲烷生成过程（methanogenesis）。这一过程反映了氮循环与碳循环之间的紧密耦合，也暗示微生物代谢过程在农田温室气体调控中的核心作用。
（3）区域尺度下的“减排—增产”协同效应：结合中国155个县的实地调查数据，并利用机器学习模型进行区域外推，结果显示：若在全国水稻种植区推广优化氮管理策略，可实现约16%的甲烷减排，同时水稻产量提升约7%。这一发现打破了“减排必然牺牲产量”的传统认知，揭示了农业管理优化的巨大潜力。
（4）对温室气体核算方法的启示：研究指出，当前IPCC Tier 1方法未能充分考虑区域差异及管理措施对甲烷排放的影响。本研究提供的实证数据和模型结果，为构建更精准的农业温室气体核算体系提供了重要依据。
【图表概况】
【结论】
该研究表明，基于区域环境差异的精准氮管理策略能够实现水稻生产中温室气体减排与产量提升的双重目标，是推动农业绿色转型的重要路径。从生态学机制上看，该研究深化了对氮循环与碳循环耦合关系的认识；从应用层面看，则为制定区域化、精准化农业管理措施提供了科学支撑。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70801
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