氧化亚氮(N₂O)是“京都议定书”规定的长生命周期温室气体之一，N₂O的全球变暖潜势是二氧化碳的近300倍(100年时间范围)，占全球辐射强迫的7%。N₂O还被公认为是消耗臭氧最具破坏力的化学物质。农田是N₂O的全球第一大排放源，占人为排放总量的50%左右。由于受到自然因素和农艺管理措施共同影响，农田N₂O排放通量具有显著的时空分异，目前对其全球估计存在相当大的不确定性。

北京大学城市与环境学院周丰课题组整合全球180个观测站1206次农田N₂O排放控制试验数据，重建1961-2014年全球5-arc-minute高分辨率施肥数据库(强度、肥料类型、空间分布、作物分配)，利用基于“地带性响应模式”的升尺度模型和(Zhou et al., 2015; Shang et al. 2019)，实现了从站点到全球尺度的农田N₂O排放因子(即N₂O排放量与施氮水平的比值)和排放量的系统评估。研究发现，(i) 全球旱地排放因子从1960s的0.80±0.06% 增加到当前的1.05±0.04%，全球水田排放因子稳定在0.46%到0.53%之间，指出《2006年IPCC国家温室气体清单指南》推荐值(Tier 1方法)对旱地高估了23%，但对水田低估了50%，这种差别在区域尺度更加明显(图1)，主要因为IPCC Tier 1方法忽视了环境条件对农田N2O排放因子大小的调节作用；(ii) 1961-2014年，全球农田N₂O年排放量平均值为0.82±0.34百万吨，该结果与7个陆面模式模拟(Tier 3方法)结果较为一致(0.75±0.53百万吨)，但比基于Tier 1方法的联合国粮农组织(FAOSTAT)和主流的国际机构(EDGAR, GAINS)的估计低1/4左右(图2)，在区域上表现为低估了欧美等发达国家的农田N₂O年排放，但高估了中国、印度等发展中国家排放；(iii) 全球农田N₂O排放量估计下降，58%源于采用了基于普查的高分辨率施肥数据，42%源于更新了全球栅格尺度的农田N₂O排放因子(图3)。上述发现为IPCC的Tier 1和Tier 3方法提供了全球农田N₂O历年排放量基准值，也为确定全球农田N₂O减排策略提供科学依据。

该研究成果以“Data-driven estimates of global nitrous oxide emissions from croplands”为题于2019年7月11日发表在《国家科学评论》（National Science Review，IF=13.22），也被全球碳计划的“全球氧化亚氮收支平衡评估”所采纳(https://www.globalcarbonproject.org/nitrousoxidebudget/)。论文作者来自北京大学、法国气候与环境实验室、国际应用系统分析研究所、斯坦福大学、FAO、欧盟联合研究中心、奥本大学、澳大利亚联邦科学与工业研究组织。北京大学城市与环境学院2017级硕士研究生王琪慧为第一作者，周丰副教授为通讯作者。上述研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

延伸阅读的论文清单：

1. Wang Q, Zhou F*, Shang Z, Ciais P, Winiwarter W, Jackson RB, et al. Data-driven estimates of global nitrous oxide emissions from croplands. National Science Review, 2019: doi: 10.1093/nsr/nwz1087.

2. Shang Z, Zhou F*, Smith P, Saikawa E, Ciais P, Chang J, et al. Weakened growth of cropland N2O emissions in China associated with nationwide policy interventions. Global Change Biology, 2019, 25: doi: 10.1111/gcb.14741.

3. Zhou F*, Shang ZY, Zeng ZZ, Piao SL, Ciais P, Raymond PA, et al. New model for capturing the variations of fertilizer-induced emission factors of N2O. Global Biogeochemical Cycles, 2015, 29(6): 885-897.

图1 全球和区域农田N₂O排放因子时间变化。注：橙色线为旱地，绿色线为水田；实线为本研究结果，虚线为IPCC Tier 1推荐值

图2 全球农田N₂O年排放量比较

图3 本研究与IPCC Tier 1方法的差别及主控因素