农业过量施氮引发全球范围的环境问题（如水体富营养化、生物多样性丧失、地下水硝酸盐污染等），已有研究提出的氮行星边界未考虑生态系统敏感性、氮损失空间异质性及非农业氮源影响，且未兼顾粮食安全所需的氮输入潜力。当前区域氮边界多采用人均分配的自上而下方法，忽略了农业系统、土壤与生态环境的区域差异，难以指导针对性的污染管控与粮食生产协调策略，亟需建立更精准的区域化氮边界框架。
研究内容:
核心指标与环境阈值：
以农业氮盈余（总氮输入减去作物 / 牧草氮吸收）为核心指标，基于三类环境阈值推导边界：陆地生物多样性保护对应的氮沉降阈值、水体富营养化控制对应的地表水氮浓度阈值、饮用水安全对应的地下水硝酸盐阈值（参考 WHO 标准）。
研究方法与模型：
采用 IMAGE 全球营养模型（GNM），以 0.5°×0.5° 空间分辨率量化 2010 年全球农业氮输入与盈余的 “临界值”（即不突破环境阈值的最大允许值）；通过蒙特卡洛模拟与敏感性分析，考虑气候（蒸散、降雨）、技术（氮利用效率 NUE、灌溉系统效率）等参数的不确定性，并区分耕地与草地系统差异。
关键分析维度：
对比现有氮盈余与临界值，识别氮污染超标区域与可安全增加氮输入的区域；
整合三类阈值推导全球与区域氮边界，评估非农业氮源（工业排放、生活污水）对边界的影响；
模拟不同氮利用效率（NUE）情景下，氮边界内的粮食生产潜力，探索粮食安全与环境约束的协调路径。
研究结论：
全球氮边界特征：
综合三类环境阈值的全球农业氮盈余边界为 43 百万吨氮/年，较 2010 年现状（119 百万吨氮 / 年）低 64%；若允许未超标区域通过增加氮输入弥补产量缺口，全球边界可提升至 57 百万吨氮 / 年。地表水富营养化是最严格的约束条件，对氮盈余的削减要求最高。
区域差异显著：
氮污染超标集中在西北欧、印度/巴基斯坦、中国东部等区域，需削减超过 80 kgNha-1yr-1的氮盈余；而撒哈拉以南非洲、中南美洲等 34% 的农业用地未突破任何阈值，可安全增加氮输入以提升产量。
非农业氮源不可忽视：
50% 的农业用地存在非农业氮源单独超标现象，其中 44% 的区域地表水氮阈值被生活污水、自然地表径流等非农业来源突破，需同步管控农业与非农业氮排放。
粮食安全与环境协调路径：
需将氮利用效率（NUE）提升至 0.60-0.77 以上，并结合非农业氮源减排、legacy 氮（土壤 / 地下水残留氮）管控，才能在氮边界内满足 100 亿人口的均衡饮食需求；区域间需优化氮输入分配，平衡粮食自给与环境容量。
期刊：Nature
影响因子（2025）：48.5
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