摘要gydF4y2Ba
长期以来，在不影响产量的情况下避免农业氮素过量使用一直是中国研究和政府政策的重点gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba．尽管已经提出了许多与水稻相关的策略gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba在美国，很少有研究评估它们对国家粮食自给自足和环境可持续性的影响，更很少有研究考虑到数百万小农面临的经济风险。在这里，我们建立了一个基于最大化经济(on)或生态(EON)性能的最优N速率策略，使用新的分区特定模型。然后，我们使用广泛的农场数据集，评估了小农产量损失的风险以及实施最优N率策略的挑战。我们发现，在实现2030年国家水稻生产目标的同时，可以将全国氮素消耗减少10%(6-16%)和27%(22-32%)，将活性N (Nr)损失减少7%(3-13%)和24%(19-28%)，并将ON和EON的N利用效率分别提高30%(3-57%)和36%(8-64%)。本研究确定并针对环境影响不成比例的分区域，并提出氮肥率战略，将全国Nr污染限制在建议的环境阈值以下，同时不影响土壤氮储量或小农的经济效益。然后，根据经济风险与环境效益的权衡，在各地区分配较优N策略。为了促进通过每年订正的分区域氮素率战略，提出了若干建议，包括监测网络、施肥配额和小农补贴。gydF4y2Ba
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数据可用性gydF4y2Ba
本研究的核心数据来自选定的研究(见补充文献)，包括其补充信息和数据文件。所有模型输入数据集和广泛的农场数据可在gydF4y2Bahttps://doi.org/10.5281/zenodo.7307739gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
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复制论文的主要发现和图表的代码可在gydF4y2Bahttps://github.com/CarolejaneCosmos/Optimal_N_rice_ChinagydF4y2Ba．进一步的代码可从相应的作者合理的要求。本研究中的地图是在R 4.0.1版本中使用资源与环境科学与数据中心(gydF4y2Bahttps://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=202gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba
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确认gydF4y2Ba
青年创新促进会、中国科学院(Y201956)、国家自然科学基金(42061124001)、国家重点研发计划(2017YFD0200104)资助。基金资助:国家自然科学基金(31972520)。国家科学基金资助(CBET-2047165和CBET-2025826)。gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
作者及隶属关系gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
赵旭、C.M.P.和X.Y.对研究进行了概念化描述。S.C.和x.o Zhao对数据的获取和分析做出了贡献。M.F.提供了广泛的农场试验数据集。s.c.， C.M.P.和x.o Zhao撰写了手稿。张x对原稿进行了审阅和编辑。张旭日、小银、M.F.对手稿进行了评论。gydF4y2Ba
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者声明没有利益竞争。gydF4y2Ba
同行评审gydF4y2Ba
同行评审信息gydF4y2Ba
自然gydF4y2Ba感谢顾宝静(Baojing Gu)和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba
扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba
图1总Nr损失、经济效益及NEEB对N用量的响应。gydF4y2Ba
组(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba)及双份饭(gydF4y2BaggydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba)(早稻/晚稻)种植制度在不同子区域的基础上同行评议的出版物数据库。虚线的交点是农民实践施氮率(FN, survey)、最优施氮率(ON)或生态最优施氮率(EON)。gydF4y2Ba
扩展数据图2分区域的Nr损失，包括N浸出，NgydF4y2Ba2gydF4y2BaO排放，NHgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba三种氮素管理策略对中国挥发和氮素径流的影响。gydF4y2Ba
误差柱表示N率的上下限(FN的平均值±标准差)和2.47公顷内的盈利N率范围gydF4y2Ba−1gydF4y2BaON和EON)。gydF4y2Ba
扩展数据图3基于区域的年度Nr损失，包括N浸出、NgydF4y2Ba2gydF4y2BaO排放，NHgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba三种氮素管理策略对中国挥发和氮素径流的影响。gydF4y2Ba
饼图下的值为四种路径下基于区域的Nr损失。gydF4y2Ba
图4在单稻和双稻(早稻/晚稻)种植系统中，将N量从FN (150% MN)降低到ON或EON (ON或EON)对每个现场年田间试验中NEEB变化概率分布的影响。gydF4y2Ba
彩色竖线表示平均值。gydF4y2Ba
扩展数据图5在单稻和双稻(早稻/晚稻)种植制度下，FN (150% MN)、ON或EON对两种秸秆管理方案(秸秆去除和秸秆还田)N平衡的影响。gydF4y2Ba
数值以平均值±标准差表示。不同字母表示显著差异(gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05, Tukey 's honest显著性差异检验)。gydF4y2Ba
图6中国不同水稻分区单稻和双季稻(早稻/晚稻)种植制度下NUE对FN、ON和EON的响应及全国平均值gydF4y2Ba
垂直线长度:最小值和最大值;方框:上下四分位数;方框中的水平线:中位数;方框中的点:意思。红色虚线表示“实现中国合成肥料使用量零增长行动计划”宣布的NUE目标(40%)。gydF4y2Ba18gydF4y2Ba．国家价值以平均值±标准差表示。不同字母表示显著偏差(gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05, Tukey 's honest显著性差异检验)。gydF4y2Ba
扩展数据图7各子区域优化策略决策的概念框架。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，当施氮量从农民实际施氮量(150% MN)降低到ON或EON时，经济效益的相对变化。箱形图用于标识ON(−10.3%)或EON(−13.6%)的下围栏。gydF4y2BabgydF4y2Ba在单稻和双稻(早稻/晚稻)种植制度下，将施氮量从农民实际施氮量(150% MN)降低到施氮量(EON)时，环境效益变化和经济风险的比较。当环境效益高于经济风险时，EON被认为是合适的。ΔEnB，环境效益改变;ΔEcR，低栅栏内的经济风险。gydF4y2Ba
图8中国各地环境收益、经济风险和净收益。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，gydF4y2BadgydF4y2Ba，gydF4y2BaggydF4y2Ba一份米饭。gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BaegydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba，早稻。gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba，gydF4y2Ba我gydF4y2Ba晚饭。净效益由环境效益减去施氮量(从农民实际施氮量(150% MN)到优化策略)时10.3 ~ 13.6%产量风险中的经济风险得到。gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
该文件包含补充表1-4，补充图1-12，补充说明1-7和其他参考文献。gydF4y2Ba
权利和权限gydF4y2Ba
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关于本文gydF4y2Ba
引用本文gydF4y2Ba
蔡，S，赵，X, Pittelkow, C.M.gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba中国水稻可持续生产的最优氮量策略gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba615gydF4y2Ba， 73-79(2023)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05678-xgydF4y2Ba
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