城市化与农业现代化的相互作用塑造了全球农田的氮素使用

为什么城市与农田有着同一个故事

随着越来越多的人迁入城市，人们常常忘记他们的食物仍来自遥远的田野。本研究考察了城市扩张如何在不声不响中改变全球农民使用氮肥的方式——氮肥是提高作物产量的关键投入，但也可能污染空气和水。通过跟踪来自139个国家的六十年数据，作者表明不存在单一的道路可以同时实现养活人口与保护环境。城市增长对农业的影响取决于农场已实现的现代化程度以及国家的富裕水平。

氮如何既是帮手又成隐患

现代农业依赖氮肥在每公顷土地上生产更多的食物。自1961年以来，全球农田上使用的氮肥总量增长了七倍多，单位面积收获的作物氮也增长了三倍。这一繁荣帮助许多地区确保了粮食供应，特别是在中国、印度、欧洲和北美，改良品种与更好的管理推动了产量上升。但化肥使用往往增长速度超过收获增长，导致更小比例的施用氮被作物吸收。全球氮素利用效率从20世纪60年代的约45%下降到1990年代的约35%，随后在2020年代回升到约45%，这在很大程度上归功于较富裕国家的改进管理。

世界各地进展不均

在这些全球平均值背后，是截然不同的地区故事。在中亚部分地区，苏联时期农业体系崩溃后，补贴消失、灌溉网络恶化，作物氮产量停滞甚至下降。相比之下，丹麦和荷兰等国通过采用精准农业，在减少化肥使用的同时提高了作物氮产量。像中国和印度这样快速工业化的国家长期内化肥使用增长快于产量，导致效率下降和氮素损失增加。这些模式突显了城市增长、经济转型和地方政策如何增强或削弱化肥投入与有效收获之间的联系。

城市增长何时有利或不利于农业表现

作者超越简单平均值，探讨随着国家富裕与农场现代化进展，城市化的影响如何变化。通过动态统计框架，他们将城市人口上升的直接影响与农场规模、机械使用和灌溉的间接作用区分开来。在较贫穷国家，城市化每迈出一步通常会提高化肥使用，但未必明显改善产量或效率。随着人口外迁和耕地分割，小农场难以承担机械和其他技术投入，因此增加化肥只带来有限增益。扩大农场规模可以缓解这些早期损失，使机械化变得值得投入，但当信贷、基础设施和市场薄弱时，这种好处也有限。

现代工具改变了游戏规则

在达到中等收入水平的国家，情形发生转变。在这些地方，更好的灌溉和机械化开始降低化肥需求并能提高氮素利用效率，但也出现权衡。灌溉投资常有助于农民更有效地使用氮并减少化肥需求，若与合适的机械和管理不配套，也可能放缓产量增长。在已富裕国家，农场通常规模较大且装备精良，进一步扩大农场规模已难带来额外好处，甚至可能损害产量和效率。相反，精细化技术如先进机械和高效灌溉成为高度城市化社会在维持产出同时控制氮素损失的主要工具。

没有单一的可持续农业配方

研究的核心观点是，城市化并非自然而然地有利或不利于农业；其效果取决于时机、收入水平以及现代化的展开方式。在贫穷国家，结合适度土地整合与获得恰当机械和投入的政策可以防止早期城市增长削弱收成。中等收入国家需要平衡的策略，利用灌溉和机械化减少化肥浪费而不以牺牲产量为代价。富裕国家应少聚焦于扩大全国农场规模，而更多关注精准技术和营养物质回收。在所有情况下，土地管理、机械与水资源控制的明智组合可以将城市增长转化为支持粮食安全和环境净化的力量。

引用: 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

关键词: 城市化, 氮肥, 作物产量, 农业现代化, 食品系统