一、关键科学问题
氮素（N）是支撑食品生产、能源开发和环境保护的关键元素，但其低效利用导致中国面临三重挑战：
粮食安全压力：2020年粮食缺口达1.4亿吨，过度依赖氮肥（1980-2020年用量增长494%）却伴随氮利用效率（NUE）仅30%，远低于全球平均53%；
环境污染加剧：农业氮流失导致水体硝酸盐污染，2020年氮径流和淋溶总量达8.2 Tg（百万吨氮）和3.8 Tg；资源浪费严重：秸秆能源化率低，灌溉水利用效率不足，加剧能源与水资源压力。
二、亮点
综合效益显著：优化氮管理可同步实现 粮食自给、能源增效 与 水质改善；
量化减排潜力：相较2020年，氮肥用量减少8 Tg（31%），水体氮污染降低3.8 Tg（46%），灌溉水耗减半；
经济回报突出：全国净投资80亿美元，总收益达1400亿美元（成本收益比1:18）；
区域差异解析：南方省份（如四川、湖北）因多样化农业体系与政策支持，FEW系统可持续性评分（>70）显著高于北方（如山西）。
三、研究方案
模型构建：采用 耦合人类与自然系统（CHANS）氮预算模型，整合14个子系统（农田、畜牧、工业、水体等），追踪1980-2020年氮通量动态；
情景模拟：基于 共享社会经济路径（SSP1/2/5），预测2021-2060年FEW系统演变，评估不同氮管理强度下的可持续性；
指标量化：定义9项FEW系统指标（如耕地面积、氮肥强度、NUE、水体氮浓度），结合SDGs构建省级可持续性评分体系。
四、结果与讨论
（1）氮管理成效
粮食与能源：秸秆能源增产1 Tg（26%），畜牧与水产NUE提升至36%；
环境改善：地下水与地表水氮浓度分别下降16%和36%，PM2.5相关早逝减少（健康收益400亿美元）；
经济收益：化肥与粮食进口成本节约140亿美元，生态系统服务损失减少780亿美元。
（2）区域异质性
南方优势：多样化农业模式+精准施肥技术（如江苏、浙江）推动高效氮循环；
北方挑战：煤炭依赖（如山西）导致NOx排放高，政策执行滞后。
未来情景（SSP1/2/5）
可持续路径（SSP1）：2060年耕地面积减少35%，氮淋溶与径流分别下降26%和33%；
高碳路径（SSP5）：氮管理缺失将加剧环境压力，FEW系统评分停滞。
五、结论
核心结论：综合氮管理可破解FEW系统“三重矛盾”，实现 环境-经济-社会效益协同；
政策建议：优先推广膳食结构调整、精准施肥与粪污循环，辅以区域差异化策略；
不足与展望：
模型局限：CHANS对非线性反馈与市场动态刻画不足；
数据缺口：农村废水处理与秸秆利用的省际差异需细化；
技术推广：数字农业（如遥感监测）需政策支持，尤其在中西部欠发达地区。