農田施用氮肥會顯著提高糧食產量，然而過量施用氮肥也會造成作物利用率下降、損失增多并進而引發環境問題。量化施入農田氮肥的去向和利用效率是農田氮肥管理的基礎。為實現可持續糧食生產的目的，研究人員設計了不同農田管理措施來增加作物產量和氮肥利用率，同時也減少氮損失帶來的環境污染。然而，在不同土壤-氣候和農田管理條件下，氮肥去向和利用效率存在較大差異。認識這些差異及其背后的原因可以幫我們更好地管理氮肥，提高其資源效率，減少其損失帶來的環境污染。 

　　基于此，中國科學院沈陽應用生態研究所穩定同位素生態學研究組與美國馬里蘭大學環境科學研究中心阿巴拉契亞實驗室合作，收集了全球74篇利用15N田間原位示蹤法量化玉米農田肥料氮去向的文獻（圖1），從中提取了366個觀測數據，系統分析比較了常規耕作條件下氮肥利用率和氮肥去向的地區間差異，并進一步分析了不同農田管理措施的影響。研究發現，施入玉米系統的當季氮肥全球平均有41%被作物吸收利用，31%殘留在土壤，28%損失掉（進入水體和大氣）。其中作物吸收利用表現出明顯的地域差異，歐美國家的吸收比例（42-54%）要顯著高于中國（ 33%）（圖2）。相關分析表明，中國玉米農田氮利用效率較低可能與該地區較低的土壤有機質含量有關。通過對比9種不同的農田管理措施對氮肥去向的影響，發現氮肥深施和多次施用可顯著增加玉米產量、氮吸收和氮肥利用率，并減少損失。該研究系統總結了以往15N示蹤玉米農田肥料氮去向方面的研究結果，增加了人們對有關不同自然和農田管理條件下氮肥去向差異的理解，為提升農田氮肥管理提供了科學依據。  

　　以上成果以“Fates and use efficiency of nitrogen fertilizer in maize cropping systems and their responses to technologies and management practices: A global analysis on field 15N tracer studies”為題發表于美國AGU著名開放獲取期刊Earth’s Future上。沈陽生態所穩定同位素生態學組項目副研究員全智為該文第一作者，馬里蘭大學環境科學研究中心Zhang Xin（張鑫）副教授和沈陽生態所方運霆研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、“興遼英才”等項目的資助。

圖2. 全球玉米農田系統的常規管理條件下氮肥去向區域差異（15N原位示蹤）
英文簡寫，N：北美，C：中國，E：歐盟，O：其他國家和地區；柱狀圖中的數字為觀測數；誤差線為標準差