清華新聞網(wǎng)5月17日電（通訊員 陳晨 李會芳）近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境管理與政策教研所溫宗國教授課題組與合作者在城市集群發(fā)展過程中食品系統(tǒng)可持續(xù)性氮管理策略研究領(lǐng)域取得新進展。研究揭示了城市群農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不均衡性加劇過程中，高度發(fā)達城市向欠發(fā)達城市的食品貿(mào)易隱含氮污染轉(zhuǎn)移顯著增加，降低城市群作物氮利用效率和食品系統(tǒng)（涵蓋食品生產(chǎn)、加工、消費以及廢物處理的綜合系統(tǒng)）可持續(xù)性；解析了城市間食品系統(tǒng)氮代謝的空間相互影響機制，為推進城市群氮污染協(xié)同控制和氮可持續(xù)性管理轉(zhuǎn)型提供了科學(xué)參考。
城市集群發(fā)展背景下，城市群內(nèi)各城市發(fā)展路徑多樣化，產(chǎn)業(yè)分工差異顯著，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不均衡性突出，影響城市間食品供給消費格局和食品系統(tǒng)氮污染時空特征。減緩城市群整體氮污染需明晰食品系統(tǒng)氮元素時空代謝機制，避免局地型管理模式下氮污染空間溢出加劇，充分發(fā)揮城市間協(xié)同效應(yīng)，提升氮利用效率和系統(tǒng)可持續(xù)性。已有研究大多關(guān)注區(qū)域整體食品系統(tǒng)氮流動和氮污染排放，而區(qū)域內(nèi)部多城市間食品貿(mào)易隱含氮污染轉(zhuǎn)移的演變格局、空間關(guān)聯(lián)機制及其對整個區(qū)域氮管理的潛在挑戰(zhàn)尚不明確。
研究以中國粵港澳大灣區(qū)為案例，融合長時間序列物質(zhì)代謝數(shù)據(jù)和元素流分析、貿(mào)易隱含污染轉(zhuǎn)移模型、空間計量分析等多學(xué)科研究工具，刻畫了城市群食品系統(tǒng)氮代謝動態(tài)格局，解析了不同城市發(fā)展特征對氮污染空間溢出的影響。結(jié)果表明，1989-2007年，大灣區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)向較低城市化水平的城市集中，作物生產(chǎn)氮利用效率從45.2%降至29.3%。1989-2018年，城市間食品貿(mào)易隱含氮污染占總農(nóng)業(yè)生產(chǎn)氮污染的比例由12.3%增大到42.2%，欠發(fā)達城市面臨更加嚴(yán)重的氮污染壓力。農(nóng)業(yè)勞動力流失、環(huán)境規(guī)制水平差異等因素驅(qū)動氮污染的空間轉(zhuǎn)移，而化肥施用和廢物處置的技術(shù)進步具有推進多城市協(xié)同減污的積極效應(yīng)。研究提出了協(xié)調(diào)城市擴張與農(nóng)田保護，促進專業(yè)化規(guī)模化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、強化城市間經(jīng)濟和技術(shù)層面協(xié)作等管理政策建議。
圖1.大灣區(qū) 11個城市食品系統(tǒng)氮排放特征（1989、2018年）。（a）城市化率與氮排放之間的關(guān)系。每個圓圈的位置代表一個城市的城市化率和人均氮排放量，圓圈的大小與城市總氮排放量成正比。（b）1989-2018年城市耕地面積（餅圖）、耕地氮排放（背景色）和作物平均氮負(fù)荷（直方圖）的變化
圖2.1989-2018年大灣區(qū)城市間食品貿(mào)易隱含氮污染。（a）食品貿(mào)易中的氮流和隱含氮污染轉(zhuǎn)移，及貿(mào)易隱含氮污染占總農(nóng)業(yè)生產(chǎn)氮污染的比例。（b）各城市向其他城市轉(zhuǎn)移的氮污染。（c）各城市承擔(dān)的氮污染轉(zhuǎn)移。（d）城市間氮污染轉(zhuǎn)移在各環(huán)境介質(zhì)中的分布
圖3.香港、澳門和珠三角城市群間的食品貿(mào)易隱含氮污染轉(zhuǎn)移。（a）1989年（b）2018年
相關(guān)研究成果以“城市群快速城市化中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不均衡性降低作物氮利用效率”（Uneven agricultural contraction within fast-urbanizing urban agglomeration decreases the nitrogen use efficiency of crop production）為題，于5月14日在線發(fā)表于《自然·食品》（Nature Food）雜志。
比利時魯汶大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)系可持續(xù)食品經(jīng)濟研究組埃里克·馬蒂希斯（Erik Mathijs）教授等在同期發(fā)表的《新聞·觀點》（News & Views）中以“追蹤城市間氮污染”（Tracing inter-city nitrogen pollution）為題對本研究進行了專題介紹，指出本研究填補了“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市化和貿(mào)易之間的聯(lián)系，以及這些聯(lián)系如何隨時間變化的細(xì)粒度分析”方面的空缺，證明了快速城市化地區(qū)應(yīng)保護高質(zhì)量耕地，并利用城市間協(xié)同效應(yīng)充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化對提升氮利用效率的貢獻。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2016級博士、香港大學(xué)建筑學(xué)院城市規(guī)劃與設(shè)計系博士后陳晨為論文第一作者，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院溫宗國教授為論文通訊作者。論文的合作者還包括澳門科技大學(xué)商學(xué)院盛妮教授和澳門科技大學(xué)澳門環(huán)境研究院宋慶彬副教授。研究得到國家自然科學(xué)基金委員會與澳門科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金聯(lián)合科研資助基金合作研究項目、清華大學(xué)中國農(nóng)村研究院研究項目等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s43016-024-00980-5
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
