Взаимодействие урбанизации и модернизации сельского хозяйства формирует использование азота на мировых пашнях

Почему города и фермы рассказывают одну и ту же историю

По мере того как все больше людей переселяется в города, легко забыть, что их еда по‑прежнему поступает из отдаленных полей. В этом исследовании изучается, как рост городов незаметно меняет способы применения азотных удобрений фермерами по всему миру — ключевого фактора, который повышает урожайность, но может также загрязнять воздух и воду. Отслеживая шесть десятилетий данных из 139 стран, авторы показывают, что не существует единого пути одновременно обеспечить продовольствие и защитить окружающую среду. Скорее, влияние роста городов на сельское хозяйство зависит от степени модернизации ферм и уровня благосостояния страны.

Как азот стал помощником и угрозой одновременно

Современное сельское хозяйство опирается на азотные удобрения, чтобы получать больше пищи с каждой гектара. С 1961 года объем применения азотных удобрений на мировых пашнях вырос более чем в семь раз, а средний вынос азота с урожаем на гектар утроился. Этот бум помог укрепить продовольственную безопасность во многих регионах, особенно в Китае, Индии, Европе и Северной Америке, где улучшенные сорта и более совершенное управление поддерживали рост урожаев. Но применение удобрений часто росло быстрее, чем сборы, поэтому меньшая доля внесенного азота оказывалась в урожае. Глобальная эффективность использования азота снизилась с примерно 45 процентов в 1960‑е годы до примерно 35 процентов в 1990‑е, прежде чем снова подняться до около 45 процентов в 2020‑е годы, во многом благодаря лучшим практикам в более богатых странах.

Неравномерный прогресс в разных регионах

За этими глобальными средними скрываются очень разные региональные истории. В частях Центральной Азии вынос азота с урожаем стагнировал или даже падал после распада советской системы хозяйствования, когда субсидии исчезли, а оросительные сети пришли в упадок. Напротив, такие страны, как Дания и Нидерланды, сумели повысить вынос азота с урожаем одновременно со снижением расхода удобрений за счет внедрения точного земледелия. Быстро индустриализирующиеся страны, такие как Китай и Индия, в течение долгого времени испытывали взрывной рост применения удобрений быстрее, чем рост урожаев, что понижало эффективность и увеличивало потери азота. Эти паттерны показывают, как рост городов, экономические переходы и местная политика могут либо укреплять, либо ослаблять связь между внесенными удобрениями и полезным урожаем.

Когда рост городов помогает или вредит эффективности ферм

Авторы уходят дальше простых средних величин и исследуют, как эффекты урбанизации меняются с ростом доходов и модернизацией хозяйств. Используя динамическую статистическую модель, они выделяют прямое влияние роста городского населения от косвенных ролей размера хозяйств, использования техники и орошения. В бедных странах каждый этап урбанизации, как правило, повышает расход удобрений без очевидного улучшения урожайности или эффективности. По мере оттока людей из деревни и дробления земель мелкие хозяйства не в состоянии позволить себе технику и другие технологии, поэтому увеличение внесения удобрений приносит лишь скромные выгоды. Увеличение размеров хозяйств может смягчить эти начальные потери, делая механизацию экономически оправданной, но эта выгода ограничена при слабых кредитных, инфраструктурных и рыночных условиях.

Современные инструменты меняют правила игры

В странах, достигших среднего уровня дохода, картина меняется. Здесь лучшее орошение и механизация начинают сокращать потребности в удобрениях и могут повысить эффективность использования азота, но при этом возникают компромиссы. Инвестиции в орошение часто помогают фермерам эффективнее использовать азот и снижать спрос на удобрения, однако они также могут замедлить рост урожайности, если не сопровождаются соответствующей техникой и управлением. В уже богатых странах, где хозяйства обычно крупные и хорошо оснащенные, дальнейшее наращивание размеров ферм даёт мало дополнительной пользы и даже может навредить урожайности и эффективности. Вместо этого тонко настроенные технологии, такие как продвинутая техника и эффективное орошение, становятся основными инструментами, которые позволяют высокоурбанизированным обществам сдерживать потери азота, сохраняя при этом выпуск продукции.

Нет единого рецепта устойчивого земледелия

Главный вывод исследования — урбанизация сама по себе не обязательно благоприятна или вредна для сельского хозяйства; её эффекты зависят от времени, уровня дохода и того, как происходит модернизация. В бедных странах политика, сочетающая умеренную консолидацию земель с доступом к подходящей технике и ресурсам, может не дать ранней урбанизации подорвать урожаи. Странам со средним уровнем дохода нужны сбалансированные стратегии, использующие орошение и механизацию для сокращения потерь удобрений без жертвования урожайностью. Богатым странам следует меньше сосредотачиваться на увеличении размеров хозяйств и больше — на технологиях точного земледелия и рециркуляции питательных веществ. Во всех случаях разумные комбинации управления землей, техники и водного контроля могут превратить рост городов в фактор, поддерживающий и продовольственную безопасность, и более чистую окружающую среду.

Цитирование: Wang, S., Zhang, X., Deng, O. et al. Interplay of urbanization and agricultural modernization shapes nitrogen use in global croplands. Nat Commun 17, 4524 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71251-z

Ключевые слова: урбанизация, азотные удобрения, урожайность, модернизация сельского хозяйства, продовольственные системы