近日，《自然·通讯》在线发表了一项历时60年、覆盖全球205个国家与地区的研究，系统揭示了水稻、小麦、玉米和大豆四大主粮作物的氮磷养分利用效率演变格局。研究表明，全球化肥投入持续增长，但主要作物的养分利用效率并未同步提升，普遍处于较低水平，揭示出“高投入、低效率”仍是全球农业面临的系统性困境。

研究发现，不同作物和地区的效率表现存在显著差异。水稻在热带地区、小麦在温带地区通常表现出相对较高的养分利用效率，而玉米在中国、美国等主产区则呈现明显的“高投入—低利用”特征，成为需要重点关注的优化区域。特别值得注意的是，四大作物的磷利用效率普遍低于50%，表明作物磷营养在很大程度上仍依赖土壤原有磷库，而非当季施用的肥料。

研究指出，农业绿色转型的深层瓶颈并非缺乏技术，而在于作物生理需求、环境养分条件与人类管理行为之间存在时空错配。因此，未来农业优化的核心应从“如何施肥”转向“如何系统重构”，通过作物—气候—土壤的智能匹配来重新设计农业生态系统的底层架构。

基于上述发现，研究提出了“作物—区域—技术”三层并行的系统性优化路径。在作物层面，应针对识别出的低效作物与气候带组合推行精准施肥；在区域层面，需依据空间显性的效率分布，将管理资源优先配置至效率洼地；在技术层面，应集成高肥效品种、保护性耕作、秸秆还田及功能微生物应用等措施，形成综合性的增效减排技术方案。

该研究构建的全球养分效率图谱，不仅揭示了农业养分管理的核心矛盾，更提供了一个可动态诊断系统瓶颈、模拟管理成效的科学框架，为推进全球农业绿色转型、实现化肥减量增效与耕地可持续利用提供了关键的科学依据。上述结果发表于Nature Communications。该研究得到国家自然科学基金、欧盟“地平线欧洲”框架计划、陕西省青年科技新星项目等项目的支持。

论文链接：
Liu,J.,Wang,H.,Penuelas,J.,Mou,J.,Delgado-Baquerizo,M.,Sardans,J.,Coello,F.,Quan,Z.,Qiu,T.Y.,Li,Y.Y.,Guo,Y.H.,Hu,Z.Y.,Ying,Y.R.,Lv,J.Y.,Zhang,Y.F.,Tan,W.F.,Zhou,G.Y.,Li,L.J.,Fang,L.C. 2025. Global-scale prevalence of low nutrient use efficiency across major crops. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-025-66019-w

图1 四种主要作物（稻、麦、玉米和大豆）田间尺度的氮磷养分利用效率

图2 全球氮和磷化肥投入及养分利用效率的时间变化模式

图3  四种主要作物（稻、麦、玉米和大豆）氮和磷养分利用效率的全球空间格局

图4 四种主要作物（稻、麦、玉米和大豆）全球氮和磷化肥盈余强度及负荷