去年6月的一天，來自荷蘭全國各地的農民、甚至拖拉機聚集起來，示威抗議關閉農場，導火索是荷蘭政府此前一周發布的「減氮計劃」。對農產品出口量位居世界第二的荷蘭來說，農業占了該國近半的氮排放來源。
荷蘭政府的做法也被相關專家批判「一刀切」。然而，更合理的減氮出路在哪裡？「農業污染治理實際上是很困難的一件事情。」浙江大學環境與資源學院長聘教授谷保靜在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者採訪時如是表示，其主要研究方向包括氮循環及其調控、土壤與全球變化、環境經濟與生態管理、農業與可持續發展等。
以太湖水環境治理為例，作為中國經濟最發達的地區，太湖流域的污染物排放量從上世紀90年代開始就超過了水域納污能力。最終在2007年發生藍藻大規模暴發，並引發了區域供水危機，這也直接催生了對太湖生態環境的綜合整治。當年發布的《江蘇省太湖水污染治理工作方案》中即提到，要加大農業面源污染防治力度。農業面源污染產生的氮磷，加重了對太湖水體的污染，必須加大治理力度。
治理任重而道遠。國家發改委、自然資源部、生態環境部等六部門在2022年印發的《太湖流域水環境綜合治理總體方案》顯示，綜合治理實施14年來，太湖流域水環境質量明顯改善，但水環境狀況及太湖治理仍面臨一些問題。
太湖流域水環境綜合治理專家諮詢委員會專家、水利部太湖流域管理局局長朱威曾指出，「經過多年治理，太湖水環境水生態穩步向好，但目前入太湖污染物總量仍遠超湖體水環境容量，藍藻水華多發頻發，稍有鬆懈就有可能出現反覆，太湖水生態環境問題尚未得到根本性解決。」
在谷保靜等專業人士看來，相較於工業等點源污染，農村環境及農業面源污染的治理更為不易。「尤其中國的國情是『大國小農』，小農戶占到農業從業人員的九成以上，農地規模太小，工業污染中的處罰措施在農業領域也難以實施。此外，還需要考慮到事關民生大計的糧食安全問題。」
「農業污染治理問題，它應該需要一個激勵機制。」這是谷保靜在三四年前去墨爾本大學訪問時和其他學者探討時提出的思路，最終他們在經過系統的研究之後將之命名為「農業氮素信用系統」，簡稱「NCS」。今年1月初，這項系統的研究刊發於頂級學術期刊《自然》（Nature），谷保靜系第一作者和通訊作者。
行駛緩慢的「抗議」拖拉機一度造成了荷蘭高速公路上的擁堵。
化肥的「功與過」
毫無疑問，化肥是農業生產的重要物質基礎，被稱為是糧食的「糧食」。每到春耕時節，化肥保供也是一件頭等大事。
自農業誕生以來，馬爾薩斯陷阱的陰影就緊緊籠罩在人類的身後。換句話說，人口增長的速度遠遠超過糧食的增長速度。而20世紀最偉大的發明——合成氨技術，使得人類能夠在數量和時間上掌握肥料，突破了自然界的限制。20世紀60年代前後，化肥開始在農業領域廣泛使用，提高了作物產量，為全球糧食安全作出了重要貢獻。
中國的挑戰更是擺在面前，要用全球9%的耕地養活占全球18%的人口。
以中國最重要的口糧作物水稻為例，1989 年，國際水稻研究所提出了「超級稻」(SuperRice) 的概念並啟動了「超級稻育種計劃」。在隨後的30多年中，中國育種家通過創新育種技術、拓寬遺傳基礎，配製強優勢雜交組合,育成一批超級稻新品種, 使水稻單產水平不斷獲得突破。
這樣的突破也隨之帶來很多問題，其中一點稻生產面臨資源環境的嚴峻挑戰，嚴重影響我國生態安全。中國農科院作科所徐建龍研究員此前曾表示，「以前人口多要吃飽，越來越強調生產，大量使用化肥造成土壤退化、江河湖海富營養化，同時大量使用氮肥也導致米質下降。病蟲害加重，通過大量噴藥防治，破壞生態環境，危害人體健康。」
中國科學院遺傳發育所研究員、分子農業生物學中心主任傅向東帶領其團隊長期研究如何獲得高產而少肥的農作物。他此前在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者採訪時表示，「上世紀90年代之後出現了一個拐點，化肥使用量一直在上升，但產量並沒有提高。」傅向東表示，農民都希望施更大量的肥從而獲得更高的產量，但事與願違。
傅向東同樣談道，與此同時，氮肥大量使用帶來的環境問題與日俱增。「國內肥料的使用量是全世界平均的3倍，這個壓力是很大的，所以尤其在中國，提高氮肥利用效率是非常重要的。」目前，中國水稻種植面積占世界水稻種植面積的20％，但中國水稻氮肥用量卻占全球水稻氮肥總用量的37％。
持續大量的氮肥投入，不僅浪費了資源和能源，而且加劇了土壤酸化、水體富營養化和農業溫室氣體排放等一系列生態環境污染問題。「為了增加一點點的產量，需要多施很多的肥。現在，我們碰到了新的困擾。」傅向東表示。
谷保靜團隊援引數據表示，全球農田每年施用的氮肥量高達1.2億噸，再加上有機肥和生物固氮等，農田氮輸入總量約2億噸。而值得重視的一點是，農作物對氮肥的利用效率之低讓氮素利用效率不足50%。
此外，受經濟發展和農業技術發展水平的影響，各國的化肥施用量不一。「像中國、印度等東亞、南亞和東南亞地區，普遍過量施肥，我們國家可達到過量30%-50%；而像非洲、拉丁美洲等地區，還存在施肥不足的問題。」谷保靜表示，相比之下，歐盟、澳大利亞、北美洲等地區的施肥優化水平比其他地區都要高，「但這些國家還要持續去優化，尚沒有達到最優的狀態。」
谷保靜分析稱，過量施肥和施肥不足均非正解。他表示，從過量的角度來看，水污染、空氣污染、溫室效應、生態系統多樣性下降、土壤酸化等均為嚴重的後果。而一旦不足，土地會日漸貧瘠，糧食產量受到影響，從而威脅糧食安全。
農民拋灑施肥。
「減氮」有哪些招？
農業生產對資源的「高需求」和對環境的「高破壞」在國內也早就引起了重視。
仍然以水稻為例，中科院院士、華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室主任張啟發教授於2005年即提出了綠色超級稻的構想。即要求培育的品種不僅高產優質，而且具備抗病蟲、高效的養分吸收利用、節水抗旱等綠色性狀，達到生產上「少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產」的目標。而傅向東等科學家和育種家也在朝著「高產而少肥的農作物」的育種目標邁進。
中國政府部門眼下的策略是力壓化肥使用量，使其增長率降低，直至零增長、甚至進一步減量，相關行動方案自2015年起出台至今。
2015年，農業部印發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》。彼時，我國化肥生產量超過7000萬噸（折純），同時農用化肥施用量近6000萬噸。農作物畝均化肥用量21.9公斤，遠高於世界平均水平（每畝8公斤），是美國的2.6倍，歐盟的2.5倍。這份行動方案的目標是：到2020年，初步建立科學施肥管理和技術體系，科學施肥水平明顯提升。2015年到2019年，逐步將化肥使用量年增長率控制在1%以內；力爭到2020年，主要農作物化肥使用量實現零增長。
2022年，農業農村部再度印發《到2025年化肥減量化行動方案》，提出進一步減少化肥施用總量，重點減少化肥用量，提高有機肥資源還田量、測土配方施肥覆蓋率以及化肥利用率，即「一減三提」。數據顯示，2021年全國農用化肥施用量5191萬噸（折純）、比2015年減少13.8%。
谷保靜談道，歐美等發達國家對農田氮污染治理的治理起步較早，「上世紀七八十年代就開始，花了將近20年時間。」總體而言，行之有效的方法，一是先進技術的開發，二是農地規模化的推行。
而在過去的近四年時間裡，谷保靜團隊和澳大利亞墨爾本大學、江蘇農科院、荷蘭環境評估署、北京航空航天大學、國際應用系統分析研究所(IIASA)、德國波茨坦氣候研究所、荷蘭瓦赫寧根大學、英國生態水文中心等國內外高校院所合作，他們試圖給出一套更系統的「減氮」方案，並配上或能幫助方案落地的推行策略。
研究團隊首先篩選了全球現有可行的減排措施庫，並量化了它們在2015年的全球農田中實施而減少氮素污染的潛力。通過對過去20年的1521個田間觀測數據進行綜合分析，研究確定了11項氮素管理的關鍵措施。
這些措施又被劃分為三個層級：第一層級主要是肥料改良(增效肥料、有機肥、作物秸稈等)、豆類作物輪作和建立農田緩衝帶；第二層級是4R養分管理，即正確的施肥率、施肥類型、施肥時間和方式；第三層級是作物新品種的引進、最佳灌溉和優化耕作方式。
「這三個層級的劃分主要基於實施的難易程度和它的成本收益情況。」谷保靜表示，「通常來說，措施層級越低就越容易執行和推廣，而層級越高，它所需要的知識和額外投入也越多，實施成本因此也高，農民就越難採取該項措施。」
谷保靜以增效肥料舉例，「例如採用添加脲酶抑制劑的新型肥料，緩控釋肥的效果馬上就會顯現，對農民而言，除了購買的肥料不同，其他沒有任何區別，這就意味著比較容易執行。」
脲酶抑制劑的作用即提高氮肥利用率，其原理是，土壤中存在著的脲酶能夠催化尿素水解成銨態氮，抑制脲酶的活性後則能夠減慢尿素分解，讓養分緩慢釋放出來，提高尿素的利用率。谷保靜強調，該策略目前的執行難點並不在於農民端，而是受制於價格更為昂貴，「這也是為什麼我們要去提農業氮素信用系統，如果通過這一方案使得新型肥料在補貼後價格同樣具有競爭力，那農民自然會選擇它。」
而談到第二層級的措施，即讓農民掌握正確的施肥率、施肥類型、施肥時間和方式，「這就要求農民首先要懂得這些知識，那就必須對農民進行培訓，中國目前小規模經營農戶為2.3億，光培訓成本可能就高到無法去真正落地操作。」這一點對已整體實現規模化經營的國家而言，推廣起來則更為容易。
根據谷保靜等人的測算，總體而言，上述三個層級的措施能有效減少總氮損失30-70%，同時分別提高作物產量10-30%和氮素利用效率10-80%。
農戶是「減氮」買單方嗎？
谷保靜等人數年前的「靈感」是設計一個激勵機制去解決農業污染問題。他們首先需要對其中的成本和收益摸清底細。
「所有先進的管理措施或者優化的管理措施，實施過程中都是有成本的，以前很多人一直忽略這個問題。」谷保靜談到非常容易理解的一個現象，「比如研發出新的技術，化肥不是用撒的方式，而是先挖坑再施深一點，那麼它的流失和污染就小一點，這看上去非常簡單。」
而在現實中，這樣的操作意味著農民需要耗費數倍的時間完成同樣的工作，這對原本就「不賺錢」的農業生產來說是雪上加霜。小農戶們投入更多時間精力，從產量和收益上來說卻無增加，「有點像『吃力不討好』，這也是農業污染，尤其是在小農經營下很難控制的最主要的原因之一。」
經過模擬計算，研究團隊發現，以2015年為基準，如果在全球農田實施這些措施，每年可以多收穫1700萬噸作物氮，增長20%左右，同時，減少2200萬噸氮肥使用量，即減少21%左右，減少2600萬噸氮素污染，降幅達32%。
這些變化可以帶來的總社會收益高達4760±1230億美元。
在成本方面，研究顯示，這些減排措施的實施需要額外的設備、人工、材料和服務投入，總實施成本約為340±90億美元。不過，由於氮素管理措施可以節約農田氮肥的施用而減少150±40億美元的化肥成本，抵消了44%的總減排成本。
因此，最終的淨實施成本約為190±50億美元，僅約占上述總社會收益的4%。
從地區來看，根據他們的估算，僅中國就需要大約50±10億美元實施成本，其次是印度，需要30±10億美元。目前這兩個國家是氮肥的最大消費國，也是氮素的最大排放國。而其他國家的淨實施成本普遍低於10億美元。
為了給未來的政策制定提供信息，研究團隊還利用三個層級的措施，探討了在不同情景下到2050年的農田氮素投入、利用和流失情況。
根據團隊估計，第一層級措施為農民提供了淨經濟效益，在全球範圍內具有最大的應用潛力，可以貢獻一半的農田氮素減排潛力。而實施第二層級和第三層級的措施對整個社會具有巨大的收益，但對農民而言，則要付出高額的實施成本，這會嚴重阻礙減排措施的落地。
2050年不同層級措施組合下的成本收益情況。(a)全球尺度的減排成本和收益；(b)分區域的化肥節約量；(c)分區域的NUE變化。摘自谷保靜等人研究論文
帳本有了、前景也不錯，但其可行性最終取決於誰來買單？
研究團隊指出現實困境，由於多種社會經濟障礙，例如缺乏激勵、財政資產不足、政策限制，甚至社會關注等，許多國家尚未廣泛採取面源污染的緩解措施。農民必須投入資金、勞動力、知識和其他基本投入來實現這些改變，而改變農民的做法又並不容易，特別是對大量小農來說，即使有強有力的證據表明改變做法會帶來經濟收益。
和前述提到類似，原因主要是當今社會小農的農業收入比低，也就是農業收入占其總收入的比重較低。
谷保靜等人的對策是將減排成本社會化，並提供農民獲得資金支持的途徑，即農業氮素信用系統。他們的設想是，從氮素優化管理中受益的全社會各方來籌集財政預算，用來激勵和補貼那些實行最佳管理措施以減少污染和提高產量的農民，從而減少氮素污染。
谷保靜解釋說，許多國家都普遍使用農業補貼來維持間接有利於糧食安全和環境的農業實踐，而農業氮素信用系統可以被視為更好地將整個社會的成本和效益聯繫起來的強化方法，如果能夠明確界定實施成本和效益，就可以在國家、省或地方範圍內實施這種制度。
例如在澳大利亞的大堡礁保護行動中，當地政府已經開始採用氮素信用系統。當地農民種植甘蔗過程中大量施用化肥，導致大堡礁海域受到污染，政府和環保組織對減氮的農民進行氮素信用補貼。每減少一噸的氮素污染都會獲得相應的信用分，這個可以拿到專門的機構去交易，最終降低大堡礁海域的氮污染總負荷量。
目前，在高收入國家，由於農業經營主體一般是大型企業，經濟實力雄厚，再加上現有資本資產和運作良好的金融市場，更容易獲得金融資源，環境污染也可以通過對氮盈餘徵稅實現內部化。這種方法符合污染者自付原則，可以避免反彈效應，並為創新提供激勵。另一種推進氮素管理的方法則是引入多參與者政策方案，將成本和收益的相關方聚集在一起共同解決。
不過這些方式一般到農業發展到高級階段才能實施，並不適用於小農經營的情況。
農業氮素信用系統。
谷保靜等人認為，無論如何，他們的研究表明，社會從改進的農業氮素管理政策解決方案中獲益的潛力很大，但至今尚未系統開發。「我們已經證明改善農業氮素管理的氮素信用系統具有很大的潛力，但政策落地依然道阻且長，希望能夠通過耦合更多的環境目標和政策工具，來實現農田管理措施的落實。」
谷保靜對澎湃新聞記者反覆強調一點，對中國的農業生產和糧食安全而言，未來主要的挑戰在於「規模化和老齡化」。「我認為應將眼光放到更遠，隨著農村嚴重的老齡化，中國農業的規模化和現代化應該會到來。我們不要指望今天分析的問題今天就解決了，重點是要分析未來的目的和願望是什麼。」
「關鍵的問題在於我們要朝著那個方向去走，而不是南轅北轍。」其如是表示。