国际肥料协会制定固氮玉米杂交种、新型微生物战略

  氮肥在农业中起着至关重要的作用，然而，鉴于高成本和环境影响，一些农民正在关注减少或优化氮肥的使用。未来的农场氮肥使用情况可能取决于行业政策、科学研究、种子公司发展和农民的接受度等。

  国际肥料协会（IFA）和共益企业Systemiq在 2022 年的一份报告《减少肥料使用产生的排放》中指出，矿物肥料生产和矿物肥料的排放量占食品领域所有温室气体排放量的 6%。随后，IFA 制定了到 2050 年将氮肥使用产生的温室气体排放量减少 70% 的目标。

  美国唐纳德丹佛斯植物科学中心主办的集生产者、创新者、投资者和行业领导者的年度聚会 AgTech Next 召集了一个由科学家和化肥行业领导者组成的小组，讨论这一目标的可实现性。

  丹佛斯植物科学中心的科学家正在开发技术，在不损失作物生产力的情况下将氮肥的使用量减少 12%。

  2021 年，这家位于圣路易斯的研究机构建立了一个新的地下氮碳影响（SINC）卓越中心，以应对这一全球挑战。SINC 中心主任Rebecca Bart正在深入研究固氮微生物。

  “已经有 100 多种产品可供农民作为土壤改良剂或种子处理。它们中的大多数确实有效，但很多时候实际上不起作用。”Bart解释说，正是农业土壤的复杂性和操纵微生物组的困难导致了这些失败。

  “通过 SINC 中心，我们不仅确定了新型微生物类别，而且我们正在弄清楚‘秘密武器’是什么——不但可以让微生物真正发挥作用，而且所有别的产品也是如此。”Bart说。

  SINC 科学家正在跟踪氮和碳在植物根系中的“流动”踪迹、发现新的有益微生物，并了解影响这些相互作用的遗传机制。Bart解释说，为了使有益的微生物发挥作用，它必须“与植物宿主很好地合作”，并且在这方面还有很大的改进空间。不过，她认为一些缺陷是由于植物本身。

  “至少在过去的七年里，我们从始至终在氮和其他肥料过量的条件下培育植物，为它们提供所需的一切营养。那么，植物是否有效地利用了这些营养？当然并非是。因此，如果我们找到植物自主利用营养的机制，那么肥料利用率方面还有很大的改进空间。”Ryan Bond 对此表示赞同，他是Nutrien Ag Solutions的全球专有业务发展和创新高级总监，该公司是世界上最大的钾肥生产和第三大氮肥生产公司Nutrien的零售部门。

  “在生物的这部分，你可以设计微生物来固定更多的氮。”他解释说，“合成生物学方面有很多动向，但遗传学方面的进展在哪里？”

  “创造固氮的玉米将是让我们实现这些排放目标的‘圣杯’。”UNL 生物技术中心主任Daniel Schachtman说。Schachtman 从事有关微生物组的工作，他正在与 UNL 遗传学家合作。“我们正试图将这两个研究领域结合起来，以确定适合正确植物的正确微生物。但开发商用的杂交种需要时间和合作。”

  其实，自然界中确实存在天然固氮玉米杂交种。2018 年，威斯康星大学麦迪逊分校、加州大学戴维斯分校和玛氏公司的研究人员分享了在墨西哥发现的这种玉米杂交种。该玉米品种高度超过 16 英尺，并发展出多达 10 组未伸及地面的厚气生根。

  在适当的条件下，这些根会分泌大量富含糖分的凝胶，提供固氮细菌茁壮成长所需的能量和无氧条件。当时，威斯康星大学麦迪逊分校研究员 Jean-Michele Arne 表示，这种用于商业化的杂交种的开发还需要 10 年的时间。

  无论氮肥解决方案是来自新的微生物作用还是玉米遗传学，都需要农民接受这些技术。但是，从科学家到化肥行业再到农民，存在着脱节。

  “为什么我们在采用这些技术方面有一定的问题？”Bart问道，“是市场吗？是成本吗？是否有了碳信用额，我们就没能力真正准确地衡量技术的效果？一旦这些被清楚地识别出来，那么科学家们就可以弄清楚如何克服挑战。”

  根据国际肥料协会的数据，到 2050 年减少 70% 的温室气体排放量的目标，大部分能够最终靠专注于该行业当前的价值链和商业模式来实现，包括以下战略：

  提高氮气利用效率。更有效地使用肥料将确保作物吸收更高比例的养分，减少温室气体和别的形式污染的逸出。该行业的 4R 框架，“applying the right nutrient source, at the right rate and time and in the right place”（以正确的频率和时间，在正确的地点施用正确的营养）是农民能采用的行动之一。

  开发和应用现存技术并生产新技术。脲酶、硝化抑制剂以及控释肥料等别的产品有可能进一步帮助减少排放。但需要更加多的研究和产品研究开发，以使这些技术更实惠，并更好地了解它们如何协同工作及其环境影响。

  推动农业粮食体系更广泛变革。包括种植更多需要较少肥料的豆类（例如大豆），以及减少动物产品消费。

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