一、獎(jiǎng)項(xiàng)類別：自然科學(xué)獎(jiǎng)二、項(xiàng)目名稱：集約旱作農(nóng)田氮素循環(huán)機(jī)理與調(diào)控三、提名者及提名意見提名者：中國農(nóng)學(xué)會(huì)提名意見：氮素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵元素。理解農(nóng)田氮素循環(huán)機(jī)理，是提高氮素增產(chǎn)效果并降低環(huán)境污染的理論基礎(chǔ)。該項(xiàng)目針對我國北方集約化旱作農(nóng)田氮素利用率低、污染環(huán)境嚴(yán)重等突出問題，在土壤氮素轉(zhuǎn)化特征、氧化亞氮(N2O)產(chǎn)生機(jī)制、氮肥去向及損失途徑、推薦施氮量方法等相互聯(lián)系的重要科學(xué)問題上，進(jìn)行了長期系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，取得了創(chuàng)新性成果。揭示了我國北方集約化旱作農(nóng)田土壤氮素轉(zhuǎn)化特征，闡明了土壤硝態(tài)氮“持續(xù)累積與脈沖式淋洗”的機(jī)制。發(fā)現(xiàn)銨態(tài)氮或酰胺態(tài)氮肥施入土壤后的強(qiáng)氨氧化過程導(dǎo)致亞硝態(tài)氮積累，進(jìn)而引起土壤微域硝化細(xì)菌的反硝化作用是土壤N2O產(chǎn)生的主要機(jī)制，提出了延緩強(qiáng)氨氧化過程是N2O減排的關(guān)鍵措施。闡明了北方旱作農(nóng)田氮肥去向和損失規(guī)律，發(fā)現(xiàn)殘留肥料氮對土壤氮庫的補(bǔ)償是土壤氮素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，提出了“氮肥有效率”的概念和計(jì)算方法。發(fā)現(xiàn)了集約化長期耕作農(nóng)田在其他氮素輸入和秸稈還田條件下，當(dāng)季合理施氮量約等于作物地上部吸氮量的規(guī)律，提出并驗(yàn)證了基于目標(biāo)產(chǎn)量和維持土壤氮素平衡的“理論施氮量”概念和計(jì)算方法。完成了我國完整的活性氮來源和排放清單，揭示了農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重的主要原因是氮素利用率和循環(huán)率低，為我國氮素綜合管理和污染治理提供了科學(xué)基礎(chǔ)。8篇代表性論文總他引1223次，被SCI他引1015次，其中2篇被列入ESI高被引論文。成果受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界高度關(guān)注的認(rèn)可，獲2018年度中國土壤學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。提名該項(xiàng)目為國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

四、項(xiàng)目簡介氮素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵元素。理解農(nóng)田氮素循環(huán)過程和機(jī)理，是提高氮素增產(chǎn)效果并降低環(huán)境污染的理論基礎(chǔ)，也是全球集約化農(nóng)業(yè)研究的重要科學(xué)問題。氮肥對我國糧食增產(chǎn)起到了十分重要的作用，但不合理施用又帶來一系列環(huán)境污染問題。該項(xiàng)目以我國北方集約旱作農(nóng)田為研究對象，針對氮素投入高、利用率低、污染環(huán)境嚴(yán)重等突出問題，在土壤氮素轉(zhuǎn)化特征與機(jī)理、氧化亞氮(N2O)產(chǎn)生機(jī)制、氮肥去向及損失途徑、推薦施氮量方法等相互關(guān)聯(lián)的重要科學(xué)問題上，進(jìn)行了長期系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，取得的創(chuàng)新性成果概括為以下四個(gè)方面。（1）揭示了我國北方集約化旱作農(nóng)田土壤氮素轉(zhuǎn)化特征和遷移機(jī)制。發(fā)現(xiàn)北方旱作土壤具有較高初級礦化和硝化速率、較低的固持和反硝化速率，導(dǎo)致土壤極易產(chǎn)生并累積硝態(tài)氮，闡明了北方旱作農(nóng)田土壤硝態(tài)氮“持續(xù)累積與脈沖式淋洗”的機(jī)制，為減少地下水硝酸鹽污染提供了科學(xué)基礎(chǔ)。（2）闡明了北方旱作農(nóng)田N2O的產(chǎn)生和排放機(jī)制。發(fā)現(xiàn)銨態(tài)氮或酰胺態(tài)氮肥施入土壤后的強(qiáng)氨氧化過程導(dǎo)致的亞硝態(tài)氮積累，進(jìn)而引起土壤微域硝化細(xì)菌的反硝化作用是土壤N2O產(chǎn)生的主要機(jī)制，提出并證明了高pH旱作土壤強(qiáng)氨氧化過程的“塞車?yán)碚摗保话l(fā)表的24個(gè)旱作農(nóng)田N2O排放因子獲得國際認(rèn)可，被政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)收錄進(jìn)N2O排放因子數(shù)據(jù)庫(EFDB)；提出了利用硝化抑制劑延緩強(qiáng)氨氧化過程是N2O減排的關(guān)鍵措施，為集約化旱作農(nóng)田土壤N2O減排提供了科學(xué)依據(jù)。（3）闡明了我國北方旱作農(nóng)田氮肥去向和損失規(guī)律。發(fā)現(xiàn)氨揮發(fā)和淋洗是氮肥損失的主要途徑，發(fā)現(xiàn)殘留肥料氮對土壤氮庫的補(bǔ)償是土壤氮素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)；提出了“氮肥有效率”的概念和計(jì)算方法，理清了國內(nèi)外對傳統(tǒng)氮肥利用率的爭議和詬病；完成了我國完整的活性氮來源和排放清單，揭示了農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重的主要原因是氮素?fù)p失量大、利用率和循環(huán)率低，為我國氮素綜合管理和污染治理提供了科學(xué)依據(jù)。（4）建立了合理施氮量的理論計(jì)算方法。揭示了肥料氮、土壤氮和作物吸氮之間的數(shù)量關(guān)系，發(fā)現(xiàn)集約化長期耕作農(nóng)田在其他氮素輸入和秸稈還田條件下、當(dāng)季合理施氮量約等于作物地上部吸氮量的規(guī)律，提出并驗(yàn)證了基于目標(biāo)產(chǎn)量和維持土壤氮素平衡的“理論施氮量”概念和計(jì)算方法，突破了傳統(tǒng)肥料效應(yīng)函數(shù)法和土壤-植株測試法的局限性，使推薦施氮量方法更加易于推廣應(yīng)用。8篇代表性論文總他引1223次，被SCI他引1015次，其中2篇被列入ESI高被引論文。第一完成人于2014-2017連續(xù)4年被Elsevier列入農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)領(lǐng)域中國高被引學(xué)者榜單。成果受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注和認(rèn)可，有力地推動(dòng)了農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展，獲2018年度中國土壤學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。

五、客觀評價(jià)項(xiàng)目取得的研究成果主要以論文形式在國內(nèi)外重要期刊發(fā)表，受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注和認(rèn)可，有力地推動(dòng)了農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展。巨曉棠于2014-2017連續(xù)4年被Elsevier列入農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)領(lǐng)域中國高被引學(xué)者榜單，2016年當(dāng)選為國際氮素行動(dòng)計(jì)劃(INI,InternationalNitrogenInitiative)東亞中心主任(INIEastAsiaCentre)(/content/people)，中國土壤學(xué)會(huì)氮素工作組副組長；谷保靜獲國家基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助(2018)；胡克林獲教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(2007)。1.支持發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的8篇代表性論文，被國際頂點(diǎn)期刊發(fā)表的重要論文所引用和評述，包括Nature(2篇)，PNAS(6篇)，NatureCommunications(2篇)，ScienceAdvances(3篇)，GlobalChangeBiology(14篇)（附件3）。2.NatureNews報(bào)導(dǎo)了2009年發(fā)表的PNAS論文（其他附件10）。其中，美國科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)家PamelaMatson評價(jià)說：該研究非常出色“Thecalibreoftheresearchissuperb”；是迄今為止，通過多年多點(diǎn)試驗(yàn)對氮素循環(huán)重要問題開展的綜合性研究“It'saverybroadlybased,multi-year,multi-sitestudyofanimportantproblem—probablythemostcomprehensiveanalysistodate”；敲響了中國氮肥過量使用引起地區(qū)和全球環(huán)境污染的警鐘“It'saveryimportantwake-upcallforChina.Thecurrentleveloffertilizeruseinthecountryhasseriousenvironmentalconsequencesatbothregionalandgloballevels”。3.在氮素與環(huán)境領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響的、2015年發(fā)表在Nature上的論文[Zhang,X.;Davidson,E.A.;Mauzerall,D.L.;Searchinger,T.D.;Dumas,P.;Shen,Y.,Managingnitrogenforsustainabledevelopment.Nature2015,528,(7580),51-59.]（附件2-1），引用了代表論文1，用以論證中國氮肥使用狀況、糧食生產(chǎn)與環(huán)境效應(yīng)，以及未來的氮素管理目標(biāo)和措施，如“……wellbelowtheglobalaveragesforothermajorcrops;Table1)”。4.國際著名土壤肥料學(xué)家，英國洛桑試驗(yàn)站的DavidPowlson教授在SAINWorkingPaperNo1[PowlsonD.S.,NorseD.,LuY.L.AgriculturaldevelopmentinChina:environmentalimpacts,sustainabilityissuesandpolicyimplicationsassessedthroughChina-UKprojectsunderSAIN(UK-ChinaSustainableAgricultureInnovationNetwork),2008-2017,pp,1-32.(assessedFebruary,2018)./pages/News/SAIN%20Working%20Paper%20No%201.pdf.]中，評價(jià)代表論文1為“有創(chuàng)造力的、對未來有重大影響的”論文，如“InaseminalpaperbyscientistsatChinaAgriculturalUniversity(CAU;Juetal,2009)……,Theyconcludedthat‘moreefficientuseofNfertilizerscanallowratestobereducedby30to60%.ThiswouldstillmaintaincropyieldsandNbalanceinrotations,whilesubstantiallyreducingNlossestotheenvironment’”。5.代表論文2為國家尺度的氮素評估提供了一種模式，INMS(InternationalNitrogenManagementSystem)項(xiàng)目將基于14個(gè)子系統(tǒng)的CHANS模型推薦為國家尺度氮素評估的工具，在澳大利亞、日本和韓國進(jìn)行應(yīng)用。該論文發(fā)表后，被多位學(xué)者引用，評估區(qū)域氮素循環(huán)的環(huán)境效應(yīng)(GlobalChangeBiol.,2016,22:3608-3620;GlobalEnviron.Change,2016,36:139-152;Scienceadv.,2016,2:p.e1600219;Environ.Sci.Tech.,2017,51:3843-3851;NatureComm.,9:520;Environ.Sci.Technol.,2018,52:2025–2035.)。評價(jià)該研究為中國目前最完整的活性氮來源、流動(dòng)、循環(huán)和排放清單，也清晰地預(yù)測了未來在不同管理措施下中國活性氮循環(huán)的變化趨勢，為中國化肥“零增長”行動(dòng)提供了策略方案和理論基礎(chǔ)。6.項(xiàng)目關(guān)于“我國北方集約化旱作農(nóng)田N2O排放通量、產(chǎn)生過程及控制因素”的相關(guān)SCI論文，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛引用和關(guān)注。第一完成人受聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）的邀請，作為LeadAuthors之一，撰寫了UNEP報(bào)告《DrawingDownN2O:ToProtectClimateandtheOzoneLayer》，在波蘭華沙全球氣候?qū)υ挄?huì)議上發(fā)布（其他附件11）。7.應(yīng)政府間氣候變化委員會(huì)（IPCC）技術(shù)支持組（TechnicalSupportUnit）主席KiyotoTanabe的邀請，第一完成人作為數(shù)據(jù)提供方，參加了2014年11月10-12日在意大利羅馬聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）總部舉行的，第九屆排放因子數(shù)據(jù)庫（EFDB）建設(shè)專家會(huì)議(其他附件12）。該研究發(fā)表的24個(gè)N2O排放因子獲得國際認(rèn)可，被IPCC收錄進(jìn)N2O排放因子數(shù)據(jù)庫（EFDB）(其他附件02)，用于全球其他國家編制排放清單的參考值。8.支持發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3的論文[巨曉棠.氮肥有效率的概念及意義——兼論對傳統(tǒng)氮肥利用率的理解誤區(qū).土壤學(xué)報(bào),2014,(05):921-933]，榮獲《土壤學(xué)報(bào)》2014年度優(yōu)秀論文獎(jiǎng)（其他附件03），并被中國科學(xué)技術(shù)信息研究所評為2017年度F5000論文（其他附件04）。支持發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4的論文[巨曉棠.理論施氮量的改進(jìn)及驗(yàn)證——兼論確定作物氮肥推薦量的方法.土壤學(xué)報(bào),2015,(02):249-261]，榮獲《土壤學(xué)報(bào)》2015年度優(yōu)秀論文獎(jiǎng)（其他附件06），并被中國科學(xué)技術(shù)信息研究所評為2015年度F5000論文（其他附件07）。9.研究成果獲2018年度中國土壤學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（其他附件13）。基于項(xiàng)目成果的國內(nèi)外影響，完成人多次在國際會(huì)議上做大會(huì)邀請報(bào)告（其他附件14、15）。10.由中國農(nóng)學(xué)會(huì)組織，以朱兆良院士為組長、印遇龍?jiān)菏繛楦苯M長的12位專家，于2018年12月9日在北京對該項(xiàng)目進(jìn)行了第三方成果評價(jià)，綜合評價(jià)結(jié)論：“該成果針對我國集約化旱作農(nóng)田氮素利用率低、污染環(huán)境等突出問題，從土壤氮素轉(zhuǎn)化特征與機(jī)理、氮肥去向及損失途徑、推薦施氮量方法等方面，進(jìn)行了長期系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，取得了創(chuàng)新性成果，達(dá)到了國際先進(jìn)水平”；評價(jià)結(jié)果為“優(yōu)”（其他附件16、17）。

六、代表性論文專著目錄序號論文專著名稱/刊名/作者年卷頁碼（xx年xx卷xx頁）發(fā)表時(shí)間（年月日）通訊作者（含共同）第一作者（含共同）國內(nèi)作者SCI他引次數(shù)他引總次數(shù)論文署名單位是否包含國外單位1ReducingenvironmentalriskbyimprovingNmanagementinintensivechineseagriculturalsystems/ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica/JuXT*,XingGX,ChenXP,ZhangSL,ZhangLJ,LiuXJ,CuiZL,YinB,ChristieP,ZhuZL,ZhangFS*2009(106):3041-30462009年3月3日J(rèn)uXT,ZhangFSJuXT巨曉棠，邢光熹，陳新平，張紹林，張麗娟，劉學(xué)軍，崔振嶺，尹斌，朱兆良，張福鎖717850是2IntegratedreactivenitrogenbudgetsandfuturetrendsinChina/ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica/GuBJ,JuXT*,ChangJ,GeY,VitousekPM*2015(112):8792-87972015年7月14日J(rèn)uXT，VitousekPMGuBJ谷保靜，巨曉棠，常杰，葛瀅6376是3ProcessesandfactorscontrollingN2Oproductioninanintensivelymanagedlowcarboncalcareoussoilundersub-humidmonsoonconditions/EnvironmentalPollution/JuXT,LuX,GaoZL,ChenXP,SuF,KoggeM,R?mheldV,ChristieP,ZhangFS*2011(159):1007-10162011年4月1日ZhangFSJuXT巨曉棠，陸星，高志嶺，陳新平，蘇芳，張福鎖4466是4Calculationoftheoreticalnitrogenrateforsimplenitrogenrecommendationsinintensivecroppingsystems:acasestudyontheNorthChinaPlain/FieldCropsResearch/JuXT*,ChristieP2011(124):450-4582011年12月20日J(rèn)uXTJuXT巨曉棠2831是5Grossnitrogentransformationsandrelatednitrousoxideemissionsinanintensivelyusedcalcareoussoil/SoilScienceSocietyofAmericaJournal/WanYJ,JuXT*,IngwersenJ,SchwarzU,StangeCF,ZhangFS,StreckT2009(73):102-1122009年1月1日J(rèn)uXTWanYJ萬云靜，巨曉棠，張福鎖4450是6Greenhousegasemissionsfromawheat-maizedoublecroppingsystemwithdifferentnitrogenfertilizationregimes/EnvironmentalPollution/HuXK,SuF*,JuXT*,GaoB,OenemaO,ChristieP,HuangBX,JiangRF,ZhangFS2013(176):198-2072013年5月1日SuF，JuXTHuXK胡小康，蘇芳，巨曉棠，高兵，黃彬香，江榮風(fēng)，張福鎖4758是7Simulationofbromideandnitrateleachingunderheavyrainfallandhigh-intensityirrigationratesinNorthChinaPlain/AgriculturalWaterManagement/WangHY,JuXT,WeiYP,LiBG,ZhaoLL,HuKL*2010(97):1646-16542010年10月1日HuKLWangHY王歡元，巨曉棠，李保國，趙露露，胡克林4353是8Ammonia-oxidationasanenginetogeneratenitrousoxideinanintensivelymanagedcalcareousFluvo-aquicsoil/ScientificReports/HuangT,GaoB,HuXK,LuX,WellR,ChristieP,BakkenLR,JuXT*2014(4)2014年2月4日J(rèn)uXTHuangT,GaoB黃濤，高兵，胡小康，陸星，巨曉棠2939是七、主要完成人情況姓名排名行政職務(wù)技術(shù)職稱工作單位完成單位對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)巨曉棠1無教授中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)主持項(xiàng)目研究，包括提出科學(xué)問題、科學(xué)假設(shè)、研究內(nèi)容、總體思路和試驗(yàn)方案。組織項(xiàng)目實(shí)施、數(shù)據(jù)分析和論文寫作。提出項(xiàng)目的理論、概念、方法和指標(biāo)。對項(xiàng)目的完成起了關(guān)鍵作用，對4個(gè)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。是代表性論文1至6、8（附件1-1至1-6、1-8）的第一或通訊作者，論文7（附件1-7）的共同作者。是項(xiàng)目發(fā)明專利“確定作物施氮量的方法”（其他附件05）的唯一發(fā)明人。谷保靜2無研究員浙江大學(xué)浙江大學(xué)負(fù)責(zé)我國活性氮的來源、流動(dòng)和去向的研究內(nèi)容，建立了基于14個(gè)子系統(tǒng)的人類自然耦合系統(tǒng)(CHANS)氮素循環(huán)模型，完成了我國完整的活性氮來源和排放清單。對發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3的部分內(nèi)容做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，是代表論文2（附件1-2）的第一作者。蘇芳3無副教授中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)負(fù)責(zé)項(xiàng)目部分田間試驗(yàn)的實(shí)施及觀測，建立了集約化旱作農(nóng)田溫室氣體及氨揮發(fā)的田間原位觀測系統(tǒng)并獲得連續(xù)觀測資料，開展了氨揮發(fā)排放機(jī)制及影響因素研究。對發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2和3的田間觀測做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，是代表性論文7（附件1-6）的共同通訊作者，代表性論文3（附件1-3）的共同作者。胡克林4系主任教授中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)參與了第一完成人主持的國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目第一課題——主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮素循環(huán)、氮素的化學(xué)行為和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)（30390081）的部分研究工作，共同開展了硝態(tài)氮淋洗特征的研究，對多年氣象條件下土體硝態(tài)氮淋失與降雨量、灌溉量和土體初始硝態(tài)氮累積量關(guān)系進(jìn)行了研究。對發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1的硝態(tài)氮淋洗特征做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，是代表性論文7（附件1-7）的通訊作者。張麗娟5無教授河北農(nóng)業(yè)大學(xué)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)參與了第一完成人主持的國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目第一課題——主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮素循