农田施用氮肥是气态活性氮（包括氨、氧化亚氮和氮氧化物）的重要排放源，其排放对区域空气质量、气候变化及人体健康均会产生显著影响。然而，农田气态活性氮的精细刻画仍是当前氮管理研究的难题，由于其排放影响因素复杂、地域分异显著，目前依然存在排放强度不明晰，驱动机制不清楚以及净气候效应（无论是降温还是升温）不明确等关键问题。
针对以上问题，天津大学地球系统科学学院徐鹏研究员及其合作者构建了耦合自下而上物质流法、随机环境影响回归模型（STIRPAT）、多度量分析法的农田气态活性氮排放-气候效应评估框架。基于该框架，研究揭示了中国农田气态活性氮排放的时空变化规律，并定量评估了不同社会经济因素对其排放量变化的贡献。进一步，利用20年、100年时间尺度上全球增温潜势（GWP20、GWP100）和100年时间尺度上全球温变潜能（GTP100）三个气候指标，从短期、中期与长期、县域与省域等不同时空角度，系统探究了农田活性氮排放的净气候效应。
图1. 中国农田气体活性氮排放及其气候效应
研究发现，中国农田气态活性氮排放增速随时间逐渐放缓，这与人口增速下降、饮食结构调整以及政策干预等因素有关。农田气态活性氮对气候变化的强迫效应因时间尺度而异：在20年时间尺度上，短寿命的氨和氮氧化物排放占主导，产生净冷却效应；但在100年尺度上，短寿命物质影响衰减，长寿命的氧化亚氮成为主导，效应转为净增温。组合使用多种指标能够全面、充分地捕捉气态活性氮的短期、中期和长期的气候影响，未来为实现环保目标而进行的气态活性氮减排，应充分考虑其对气候变化的影响。
图2. 中国县域尺度农田气体活性氮排放气候效应
本研究利用精细的自下而上数据集，深化了科学界对农田气态活性氮排放气候效应的认知。该研究为应对气候变化威胁、保障粮食安全、实现全球可持续发展目标提供了重要理论依据。
该成果以“Multimetric analysis uncovers time-dependent climate forcings from China's 2.3-fold cropland reactive nitrogen emissions”为题发表在《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。天津大学徐鹏研究员为该论文第一作者兼通讯作者。研究得到天津大学刘丛强院士、李思亮教授和美国康奈尔大学Benjamin Z. Houlton教授指导。合作者包括天津大学王学静副教授，北京大学胡敏教授、刘明旭研究员、陈怡琳研究员，南方科技大学郑一教授、曾振中教授、沈惠中研究员，中国科学院南京土壤研究所遆超普副研究员，德国马克斯普朗克生物地球化学研究所宫成博士，美国芝加哥大学李庚博士。研究得到国家自然科学基金委青年科学基金项目（B类）和创新群体项目（42221001）等资助。
论文信息：Peng Xu*, Zhenzhong Zeng, Huizhong Shen, Min Hu, Mingxu Liu, Cheng Gong, Yilin Chen, Chaopu Ti, Geng Li, Xuejing Wang, Yi Zheng, Si-Liang Li, Cong-Qiang Liu, and Benjamin Z. Houlton. Multimetric analysis uncovers time-dependent climate forcings from China's 2.3-fold cropland reactive nitrogen emissions. PNAS, 2026, 123 (15) e2526386123. 文章链接：http://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2526386123.
