如何在持续提高作物产量的同时，控制化肥用量、有效的减少其对环境的负面影响是全球集约化可持续农业发展面临的重大科学问题。最新的研究表明，中国过度使用氮肥造成的地下水污染可能通过让农业实践活动现代化而避免。目前中国实行复种，在第一种作物收割之后在同样的土地上种植第二种粮食作物，这种实践让中国实现了粮食自给，但也带来了过度使用氮肥造成的污染。
中国农业大学张福锁教授领导的“农田生态系统氮素循环与环境效应”课题组发现，中国农业使用的化肥数量并没有导致更高的作物产量，反而导致了2倍于最优施肥方法的环境氮损失。全世界的农业研究确立了化肥应用的最佳实践，指出了水稻/小麦和小麦/玉米作物系统是最精耕细作的农业系统中的两个氮肥应用的时机。本研究在华北小麦-玉米轮作和太湖地区水稻-小麦轮作体系开展的有关工作，证明了中国在进行复种的时候，第二种作物几乎利用不到来自上一次种植的残留的氮。水稻/小麦系统的定期灌溉导致了大量氮流失，而小麦/玉米系统的氮流失主要是通过气态氨的形成和土壤中硝酸盐的浸出造成的。最终得出结论是，揭示了氮肥损失机理，找到了这两个重要的集约化轮作体系（小麦-玉米，水稻-小麦）中的氮素平衡，确立了利用氮肥施肥的最优方法，可以在不减少作物产量的前提下防止高浓度的氮污染，为集约化农业生产如何实现资源高效和环境友好提供了理论依据。
本研究论文，以“Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems”为题发表在国际著名刊物——美国科学院院报PNAS上（doi.10.1073/pnas.0813417106）。
美国科学院院士、著名生态学家David Tilman评价：“该文对氮肥农学和环境效应理解取得了重要进展”。美国科学院院士Pamela Matson评价说：“这是一篇非常优秀的、我多年来阅读过的印象最深刻的论文之一。其特色是应用国际上先进技术对氮素投入和损失途径逐个进行了系统详细观测，这是非常了不起的工作，更为重要的，他们用多年的长期试验证明了在保证产量的前提下，优化施氮仍可极大降低氮肥的环境影响，且能节约氮肥投入成本”。“该研究非常完整，作者付出了艰苦的努力。这项研究打开了中国过量施氮产生的环境效应的多扇窗户，将中国特色的农业生产研究提升到了很高的水平，即使在美国也很难实现如此高水平的研究”。2月16日，NATURENEWS网络版也发表专题文章，对这项探寻“高产条件下实现低环境代价的技术途径”的最新科研成果进行了推介。
氮是植物需要量最高、对作物生长发育与产量品质影响最大、在现代农业中必不可少的营养元素。同时它又是来源广、移动性强、损失途径多、环境影响大、在农业生产中最难管理的元素。化学氮肥成为陆地生态系统活性氮的主要来源，特别是绿色革命以来，氮肥的大量施用是优质高产的最重要手段。随着施用量的增加，氮肥的农学和环境效应成为全球科技界、环保界和政策制定者共同关心的热点问题。二十世纪八十年代以后，我国成为肥料生产和消费第一大国，用占世界9%的耕地消费了全世界30%以上的氮肥。尽管增施氮肥对我国粮食产量增加起到了十分重要的作用，但是，随着氮肥用量的持续增加，氮肥的增产效果逐渐下降，环境污染日趋加重，引起了国内外的广泛关注。
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