【学习时报】协调碳氮循环助力农业绿色发展

碳和氮是生命活动最基本的元素，也是农业生态系统物质循环的核心。碳氮循环的协调程度，直接决定着农业生产的效率、土壤的健康状况以及生态环境的质量。当前，我国农业正处在从传统粗放型向现代绿色低碳型转变的关键时期。协调好碳氮循环，不仅是农业绿色转型的内在要求，更是推进农业生态文明建设的重要抓手。

碳氮循环失衡是一个系统性问题。长期以来，人类活动对碳氮循环的干预力度之大、速度之快，已远远超出自然生态系统的自我调节能力。据国际知名学术期刊《科学》发表的一项关于碳氮循环的研究，近年来碳氮排放比例失衡问题较为突出，农业绿色转型已是刻不容缓。

从碳的角度看，农田土壤作为全球最大的陆地碳库之一，其碳库的稳定与增长直接关系到土壤肥力和温室气体排放。过度耕作、秸秆焚烧、有机质投入不足等行为，导致土壤有机碳持续流失，土壤“碳饥饿”问题日益严重。从氮的角度看，即使近年氮肥利用率有所提升，但农田养分的投入量仍然是作物需要量的2至3倍。过量施氮不仅造成土壤酸化、水体富营养化，还增加了氧化亚氮的排放，其增温潜势约为二氧化碳的273倍。

碳氮循环的失衡，本质上是一个系统性问题。碳投入不足削弱了土壤的固碳能力和保肥能力，而氮的过量投入则加剧了氮素的流失和温室气体排放，两者相互叠加、相互放大，形成恶性循环。破解这一困局，必须树立系统思维，从“单点治理”转向“系统协同”，把碳氮作为一个整体来统筹调控。

协调碳氮循环的实践路径。协调碳氮循环，核心在于让农业生态系统回归“碳氮平衡”的健康状态——既要通过增碳来提升土壤的固碳能力和保肥能力，又要通过减氮增效来降低环境负荷。近年来，各地在理论研究和实践探索中积累了丰富经验，初步形成了四条行之有效的路径。

优化种植制度，从源头实现碳氮协同。调整种植结构是协调碳氮循环的基础手段，核心在于利用自然的固氮能力替代部分化学氮源。在玉米—大豆轮作种植系统中，通过秸秆还田补碳，结合大豆固氮进行碳氮协同调控，可实现黑土耕层厚度、有机质含量及作物产量的协同提升。近年来，农业农村部持续推进大豆和油料产能提升工程，玉米—大豆轮作在东北、黄淮海等地区得到大面积推广，已成为协调碳氮循环、用地养地结合的典型范式。此外，在南方紫云英—双季稻轮作区，紫云英作为传统绿肥，翻压后可为后季水稻提供相当于每亩5—8公斤纯氮的养分，可替代15%—25%的化学氮肥，同时增加土壤有机碳输入。这些实践表明，优化种植制度不仅能够减少化肥投入，还能同步提升土壤碳库，实现“增碳”与“减氮”的双重目标。

精准养分管理，告别化肥的粗放施用。提高氮肥利用率是减少环境污染的关键环节。据农业农村部发布的数据，2024年我国水稻、玉米、小麦三大粮食作物化肥利用率为42.6%，2025年进一步提升至43.3%，比2020年提高3.1个百分点。化肥利用率稳步提升，标志着我国科学施肥水平迈上新台阶。但也要清醒地看到，当前农田养分投入量仍远高于作物实际需要量，减肥增效仍有较大空间。精准施肥是实现这一目标的核心手段。通过马铃薯养分专家系统优化施肥，可实现氮磷投入分别减少34.4%和74.5%，温室气体排放下降34.1%。

秸秆颗粒化还田，破解秸秆还田难题的创新路径。秸秆还田是提升土壤有机质、实现碳氮协同的重要手段，但传统秸秆直接还田长期面临腐解慢、有机质提升难、减产风险大等突出瓶颈。针对这一难题，我国科学家创新提出了秸秆颗粒化还田技术——将作物秸秆二次粉碎后挤压成颗粒，使秸秆体积缩小至原来的1/10—1/15，还田性能显著提升。研究表明，秸秆颗粒化后腐解速率大幅提升，意味着碳素和养分能够更快地释放到土壤中，培肥效率显著提高。在碳氮积累方面，秸秆颗粒连续三年每亩5吨深埋还田，可使0至40厘米土壤有机质含量由2.79%提升至3.60%，三年提高0.81个百分点。与秸秆不还田相比，表层和亚表层土壤总碳含量分别增加14%和51%，总氮含量分别增加9%和42%，土壤碳氮比较为均衡。在增产效果上，秸秆颗粒化还田实现了养地与养作物的协同。目前，这一技术已广泛推广应用，可实现化肥减量10%至20%、作物增产8%至15%，有效解决了秸秆“还不下、不让烧、无处放”的生产难题。

水碳氮协同调控，推动系统综合治理。将水、碳、氮作为一个系统进行整体调控，是当前农业绿色转型的前沿方向。通过水分管理、秸秆管理、肥料管理三项措施协同发力，给农田生态系统做了一次“系统优化”，打通了水、碳、氮循环的“堵点”，在保障作物产量的同时，实现了“减污”和“降碳”的双重目标，转向资源节约、环境友好、生态循环的高质量发展新阶段。

协调碳氮循环的重要保障。协调碳氮循环，归根结底要靠科技支撑。当前，从分子育种到数字化监测，从新型肥料到智能管控，科技正在为碳氮协同开辟全新的路径。在育种领域，我国科学家通过调控植物体内赤霉素信号通路的关键基因，成功实现了作物碳代谢与氮素利用的协同优化，在保障产量的同时显著提升氮肥利用效率。这些基础研究的突破，正在为培育“少投入、多产出”的绿色品种提供理论依据。在监测与管理领域，通过建设农业碳监测综合管理平台，实现了对农田碳氮水循环的实时在线监测。这种数字化、精准化的管理手段，使得碳氮协同调控从“经验判断”走向“数据驱动”，为大规模推广应用奠定了方法基础。在肥料领域，碳氮平衡技术及其核心产品，正在为解决作物“碳饥饿”问题提供新的产品支撑。生物炭、秸秆颗粒等土壤改良剂的推广应用，也为退化土壤的碳氮协同修复提供了有效工具。

协调碳氮循环，既需要技术突破，也需要制度保障。农业农村部和国家发展改革委联合发布的《农业农村减排固碳实施方案》明确了种植业节能减排、农田固碳扩容等六项重点任务和十项重大行动。农业农村部《关于加快农业发展全面绿色转型促进乡村生态振兴的指导意见》提出，到2030年绿色低碳循环的农业产业体系初步构建，到2035年绿色生产方式基本形成。这些政策框架为碳氮协同调控提供了有力的制度支撑。下一步，应在三个方面持续发力。一是强化政策激励，健全以绿色生态为导向的农业补贴制度，对采用秸秆还田、绿肥种植、有机肥替代等增碳减氮措施的经营主体给予补偿。二是完善核算体系，加快建立农业碳氮排放的核算方法和标准，为农业减排进入碳交易市场奠定基础。三是培育市场机制，2025年12月，生态环境部、农业农村部联合发布《温室气体自愿减排项目方法学农业废弃物集中处理工程》，标志着碳交易在农业领域实现扩围。应以此为契机，让市场力量成为推动碳氮协同的重要引擎。

（作者系中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员）