浙江大学博士生，一作发表Science

6月6日，浙江大学环境与资源学院谷保静为论文唯一通讯作者在全球顶级期刊《Science》上发表题为“Integrated carbon and nitrogen management for cost-effective environmental policies in China”的研究论文，论文第一作者是浙江大学环境与资源学院博士研究生徐欣。浙江大学为第一完成单位。

浙江大学团队基于人类-自然耦合系统（CHANS）碳氮耦合模型，定量追溯了碳氮元素在土壤、水体、大气以及各行业部门之间的流转，全面解析了中国生态系统与人类活动中的碳氮交互机制，提出了可以大幅降低单位减排成本，带来气候、健康、生态等多重收益的综合管理策略。

碳和氮是生物地球化学循环中的两大关键元素，对自然生态系统和人类社会都具有至关重要的作用。在自然生态系统中，碳氮交互作用影响土壤健康、植物生长和生物多样性；在人类社会中，工业燃烧和农业施肥等人为活动导致碳氮过量排放，引发大气污染、酸雨、富营养化和温室效应等环境问题。随着城市化和工业化进程推进，碳氮排放量急剧增加，超出了地球的安全承载能力。长期以来，覆盖多界面（如空气、土壤和水体）和跨部门（如工业、农业和林业）的动态碳氮综合管理很大程度上未得到全面探索。

历经十年攻关，浙江大学环境与资源学院谷保静团队，围绕人类与自然交互系统中的碳氮循环机制，整合逾6000条碳氮流，在原有CHANS氮循环模型（Gu

et al

图1. 中国碳氮排放及碳氮比的历史时空特征

研究显示，过去40年间，中国的氮损失（包括大气和水体排放）增加了2.3倍，而碳排放激增6.5倍。1980至2000年间，碳氮排放的比例稳定在35~44（图1）；而进入21世纪后，尽管氮排放得到一定程度控制，碳排放仍持续增长，碳氮排放比翻了三倍，2020年达到了119，反映出中国快速发展过程中碳氮管理的严重失衡。尽管“碳施肥效应”有所增强，但长期碳氮输入的不平衡可能限制生态系统对温室气体的净吸收潜力，凸显了综合碳氮管理的必要性。

本研究在大量田间实验和文献调研的基础上，确定了一系列适用中国的碳氮减排措施组合，并利用CHANS-CN模型，模拟了不同未来管理情景下的碳氮排放趋势与耦合强度。情景设计包括常规发展（BAU）、单独碳减排（CNS）、单独氮减排（NRS），和碳氮综合管理（COM）。研究揭示，在COM情景下，到2060年，中国将减少91%的碳排放和74%的氮排放（相较BAU），基本达到国家碳氮环境治理目标，同时使碳氮排放比恢复至历史稳定水平（图2）。

图2. 2020-2060年不同排放管理情景下的碳氮排放及碳氮比

在成本收益方面，综合管理展现出显著优势。至2060年，实施COM方案的措施实施总成本为4,240亿美元，而由此产生的社会效益（包括人类健康、生态效益和气候效益）将达到1.8万亿美元，超过成本的四倍。研究还指出，若将碳氮分别管理，2060年的单位减排成本将为每千克CNIeq5.0美元；而采取协同管理策略，该成本仅为每千克CNIeq3.1美元，降低了37%，凸显其更高的经济可行性与政策效益（图3）。

图3. 不同排放管理情景下子系统的成本效益分析

碳氮综合管理可有效协调生产过程与中国的自然和社会经济条件，推动碳排放和氮污染的有序控制。研究强调，鉴于自然资源和经济限制的区域差异，应根据不同的时间和区域定制措施组合及其减排优先事项。子系统之间相互作用的复杂性需要采取整体视角来确保跨越整个产业链的综合行动。除了技术措施，碳氮综合管理也为基于自然的解决方案提供了理论依据。未来的研究方向应聚焦于增强多生态系统服务的协同效益，并将气候变化等外部因素纳入区域碳氮模型，以制定更加灵活、分层次的环境治理政策。

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