
近日,《自然·通訊》在線發表了一項歷時60年、覆蓋全球205個國家與地區的研究,系統揭示了水稻、小麥、玉米和大豆四大主糧作物的氮磷養分利用效率演變格局。研究表明,全球化肥投入持續增長,但主要作物的養分利用效率并未同步提升,普遍處于較低水平,揭示出“高投入、低效率”仍是全球農業面臨的系統性困境。
研究發現,不同作物和地區的效率表現存在顯著差異。水稻在熱帶地區、小麥在溫帶地區通常表現出相對較高的養分利用效率,而玉米在中國、美國等主產區則呈現明顯的“高投入—低利用”特征,成為需要重點關注的優化區域。特別值得注意的是,四大作物的磷利用效率普遍低于50%,表明作物磷營養在很大程度上仍依賴土壤原有磷庫,而非當季施用的肥料。
研究指出,農業綠色轉型的深層瓶頸并非缺乏技術,而在于作物生理需求、環境養分條件與人類管理行為之間存在時空錯配。因此,未來農業優化的核心應從“如何施肥”轉向“如何系統重構”,通過作物—氣候—土壤的智能匹配來重新設計農業生態系統的底層架構。
基于上述發現,研究提出了“作物—區域—技術”三層并行的系統性優化路徑。在作物層面,應針對識別出的低效作物與氣候帶組合推行精準施肥;在區域層面,需依據空間顯性的效率分布,將管理資源優先配置至效率洼地;在技術層面,應集成高肥效品種、保護性耕作、秸稈還田及功能微生物應用等措施,形成綜合性的增效減排技術方案。
該研究構建的全球養分效率圖譜,不僅揭示了農業養分管理的核心矛盾,更提供了一個可動態診斷系統瓶頸、模擬管理成效的科學框架,為推進全球農業綠色轉型、實現化肥減量增效與耕地可持續利用提供了關鍵的科學依據。上述結果發表于Nature Communications。該研究得到國家自然科學基金、歐盟“地平線歐洲”框架計劃、陜西省青年科技新星項目等項目的支持。
Liu,J.,Wang,H.,Penuelas,J.,Mou,J.,Delgado-Baquerizo,M.,Sardans,J.,Coello,F.,Quan,Z.,Qiu,T.Y.,Li,Y.Y.,Guo,Y.H.,Hu,Z.Y.,Ying,Y.R.,Lv,J.Y.,Zhang,Y.F.,Tan,W.F.,Zhou,G.Y.,Li,L.J.,Fang,L.C. 2025. Global-scale prevalence of low nutrient use efficiency across major crops. Nature Communications.
https://doi.org/10.1038/s41467-025-66019-w
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圖1 四種主要作物(稻、麥、玉米和大豆)田間尺度的氮磷養分利用效率
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圖2 全球氮和磷化肥投入及養分利用效率的時間變化模式
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圖3??四種主要作物(稻、麥、玉米和大豆)氮和磷養分利用效率的全球空間格局
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圖4 四種主要作物(稻、麥、玉米和大豆)全球氮和磷化肥盈余強度及負荷
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