中国面临粮食安全和农业面源污染控制的重大挑战。本研究绘制出首条中国农业氨减排成本曲线，分析了养殖业和农田关系的演变，发现二者的分离是中国农业面源污染的重要原因。

There are great challenges in food security and agricultural non-point source pollution control in China. This study draws the first China agricultural ammonia reduction cost curve, and finds the decoupling of livestock and cropland is a critical driver for non-point source pollution based on the analysis of the evolution of their relationship.

谷保静，浙江大学“百人计划”研究员，浙江省杰出青年基金、国家优秀青年基金获得者。主要从事资源与环境管理领域的交叉研究。其研究团队主要研究大尺度氮循环模型构建、资源环境效应评估、成本收益分析及其管理调控。目前在国内外期刊上发表论文70余篇，其中SCI/SSCI收录60余篇，包括第一/通讯作者在Nature及其子刊, PNAS等重要期刊上发表论文。

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图片说明：中国首条农业氨气减排的边际成本曲线

图片说明：从“种养结合”到“种养分离”

图片说明：构建种植业和养殖业之间的耦联

灰化肥发黑会挥发？关于化肥、猪和绿水青山的故事

小时候有句绕口令：灰化肥发黑会挥发。农田里的氮肥确实容易挥发，当大量的氨气释放到环境中，会引发雾霾等一连串环境甚至健康问题。实际上，养猪也是氨气的一大来源。氨气在化肥、猪和绿水青山之间串起了一个错综复杂的故事。古往今来的故事。 

8月31日，浙江大学、农业农村部农村经济研究中心、澳大利亚墨尔本大学等国内外科研院所的学者通过联合研究，在Nature communications（《自然·通讯》）和Nature Sustainability（《自然·可持续发展》）上发文，绘制出首条中国氨减排效应评估曲线，系统了评估各项氨减排措施的成本与收益，并分析了养殖业和农田化肥之间关系的演变，发现了种植业和养殖业之间耦合关系的分离。 

氨：雾霾的幕后推手

2018年，“氨减排”被写入我国《大气污染防治行动计划》（“空气十条”）二期。背后的科学依据在于越来越多的研究证实：氨气是空气中PM2.5形成的幕后推手，对雾霾起着推波助澜的作用。PM2.5的形成有赖于二氧化硫和氮氧化物的成核效应。而氨是空气中唯一大量存在的碱性气体，氨气的存在能使PM2.5成核的进程加快。也就是说氨不仅可以直接形成PM2.5，而且还加速了雾霾的形成。

超过八成的氨来自于农业的排放。其中三分之一来自化肥的挥发，三分之二来自养殖场中动物的排泄物。人和动物的排泄物为什么臭？这就是氨的“贡献”。

两篇论文的共同通讯作者浙江大学谷保静研究员介绍，欧洲国家最早关注氨气对环境的破坏，在2000年左右就提出17%的控氨目标并推行一系列氨减排措施。而美国至今没有行动，去年发表在Science杂志的一篇评论指出，美国盐湖城严重的空气污染来自于不加节制的氨排放。

我国的控氨行动

世界上也有其他科学家关注到了高分子网络的拓扑结构，有两项主要的工作发表于2018年左右。美国佛罗里达大学的BrentSumerlin教授提出将一种可逆共价键镶嵌在超支化聚合物的支化点或者线性嵌段共聚物的连接点上，在特定温度及外加分子的参与下，高分子的拓扑构型可以从星型重组为梳型；美国麻省理工学院JeremiahJohnson课题组通过引入一种光响应的金属有机分子笼作为超分子网络的交联点，实现了能在两个拓扑状态之间切换的超分子材料。这一方法依赖于光的持续“助力”才能保持稳定的结构。 

“TIN不需要加入额外的物质，而且经过光照调控拓扑结构后，其结构不再依赖于光的存在就可以保持稳定，这种共价网络的异构化机理和前有的拓扑重组体系有很大区别。无需外加分子的参与对材料的编程控制及未来的潜在应用有非常重要的意义。”谢涛教授说。

少吃肉也在为控氨做贡献

需要强调的是，饮食结构的调整也能减少氨的排放，少吃一块肉，就在为氨减排做贡献。

我们吃的肉蛋奶是通过农田施肥生产农作物为禽畜供给饲料得到的。科学上有一个换算公式：平均5公斤饲料蛋白可以生产1公斤动物蛋白，所以我们吃1公斤动物蛋白所排放的氨气将比吃一公斤植物蛋白（谷物等）高出4倍多。 

中华营养学会推荐的适合中国人体质的动物性产品占比约为40%。然而，我国的发达地区城市人口吃肉量已超标，甚至超过60%。谷保静指出，由于冬天雾霾严重时氨气的排放主要来自于养殖业，过多的肉类消费将会带来了严重的环境负担。“每一个环境污染事件背后可能都存在一块多吃的红烧肉。节约粮食、合理膳食就是最大程度地保护我们的环境。因为，食物是这一切农业环境问题的最终驱动者。”谷保静说。 

控氨的中国曲线

控氨方面，欧盟率先在欧洲构建了一套边际减排成本曲线（MCC），系统评估各项减排措施的成本与效应。“这是一条指数上升的曲线。”墨尔本大学的Deli Chen教授说，X轴代表氨减排的量，y轴代表减排成本。“越到后面，曲线越来越抖，意味着减排成本越来越高。” 

由于每个国家的劳动力价格、原材料价格、措施的可行性以及农地规模等因素存在较大差异，不能直接套用别国的减排曲线。对此，浙江大学、墨尔本大学等科学家联合开展了研究，绘制出首条适合中国氨减排效应评估曲线，相关论文近日发表在《自然·通讯》杂志。

研究发现，相比其他国家，我国可以以极低的成本获得1/3左右的氨减排。“极低成本或者零成本，不意味着不需要投入，投入进去之后的收益将超过投入成本。”谷保静说。

“收益包括环境和健康收益。其中健康收益是被人们长期忽视的。”Deli Chen介绍，研究中调用了PM2.5污染与人类健康之间的响应方程。 另外，该项研究还评估了氨减排对于水体质量、生物多样性以及气候变化的影响。 

“把所有的这些东西加起来，你就会发现它社会收益因为会远远高于农民减排氨投入的那点成本。这个社会收益是对象所有人的，即便是居住在城市地区的人，你也会由于农民减氨而获益，我们的天会更蓝，水会更清。这也就意味着我们整个社会实际上需要为农民减氨来买单，否则这些收益将不会到来。

如果猪会“飞”

猪（代指整个养殖业）在氨的排放中占有重要角色，因此研究猪的养殖规模与流动至关重要。我国早在前几年实行过“南猪北养”政策（南方水网地区由于水体污染将养殖场搬迁到北方），并划定了大面积的禁养区，这或许不能从根本上解决养殖业带来的环境及健康问题。 

那么关键问题是猪应该怎么“飞”？ 浙江大学和农业部农村经济研究中心等单位合作同一天发表在《自然·可持续发展》杂志上的一项研究指出，根据我国的农村固定观察点1986-2017年来的数据，我国农村种植业和养殖业结合的家庭比例从71%大幅下降至12%，仅耕种家庭从26%增加到57%，饲养耕畜的家庭仅占到5%。这表明，猪与土地的距离越来越远了。

统计发现，种养结合的农户施用更少的化肥、更多的有机肥，这种方式有利于维持土壤肥力，提高粮食产量，同时极大地降低化肥和养殖废弃物的双重流失，提高农业资源的利用效率。

研究者认为，从环境的可持续发展考虑，急需恢复种养结合，让猪“飞”回土地。但这并不意味着我们要恢复之前的小规模农户层面的种养结合。研究指出：在区域层面上实现种养结合将变得极其重要。 

一种理想的方式是：未来任何一个养殖场不管大小，必须有配套的农田面积来吸纳其废弃物的产生，同时还有可能通过有机肥和灌溉的结合实现水肥一体化的管理。那么未来有机肥将不再排放氨气，而是储存在罐子里，需要施肥的时候通过手机APP可以直接控制喷灌来实现液体有机肥回田。 

“理论上讲这是一种高效的管理方式但随着技术进步，未来是否存在可以极低成本处理养殖业废弃物，提炼里面的有效养分，实现长距离运输，从而打破以地定养的空间安排，仍有待我们进一步的创新和探索。” 农业农村部农村经济研究中心的金书秦研究员说。