The Innovation | 粮食安全和环境保护可以兼得吗？
导 读
农业生产为人类提供了丰富的食物，同时也带来了严重的面源污染，如何在确保粮食安全的前提下控制农业面源污染极其重要。相对于工业污染的点源排放，农业污染是在大面积上发生的，具有面源特征。本文首次建立了氮素信用体系来为农业面源污染治理措施的落地实施提供一个政策保障工具，同时实现粮食安全和环境保护。
氮肥的发明和使用大幅度提高了粮食单产，养活了全球近一半的人口，但是食物生产过程中的氮素流失也带来了严重的环境和健康效应。氮素流失会带来空气污染、水污染、土壤酸化、生物多样性丧失和全球变暖(图1)。这些农业的氮素流失已经成为全球环境和气候问题的主要成因之一，每年造成万亿美元以上的环境和健康损失。如何既能保障生产出足够的食物来养活人类，又可有效控制农业面源污染是我们面临的重大挑战。
图1. 氮素污染的五个主要方面(WAGES)
W:水体污染(富营养化、地下水NO3-)；
A:空气污染(PM2.5, O3)；
G:温室气体(N2O)；
E:生物多样性减少(氮沉降)；
S:土壤酸化板结(氨态化肥过量施用带来H+释放)
农业生产中面源污染的区域不确定性大，农民缺乏足够的财力和意愿来进行污染治理，严苛的农业环境规制可能会威胁到粮食安全。本研究针对上述特征，建立了一套氮素信用体系(Nitrogen Credit System, NCS)，利用NCS去实现粮食安全和环境保护的双重目标。首先，我们发现农业氮素污染是可以通过最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)来控制或者减缓的，虽然这些措施在不同地区效果可能会不同。我们针对每个地区研究哪些措施是适合本地的，污染减排的潜力有多大，同时还不影响粮食生产，甚至可以提高粮食产量的。
农业是开放系统，零污染是很难达到的，单纯减缓污染也需要很大的成本。农民为全社会生产了粮食，全社会都从中受益，因此全社会有责任为食物生产过程中的污染问题买单。不同于工业的点源污染容易监控，农业污染是面源污染难以监管，如果全社会不为农业污染买单，农民从利益最大化的角度出发必然会发生农业污染事件。这使得农民的利益最大化(食物生产收益)和全社会的利益最大化(粮食安全和环境保护)发生了不匹配现象。
那么NCS的主要贡献就在于把上述利益相关方的不匹配现象重新匹配起来，通过全社会的税收对农民的BMPs进行补贴，从而确保我们可以同时获得充足的食物和干净的环境。
图2. 氮素信用体系的组成及其工作原理
（VAT，增值税；CBA，成本收益分析）
NCS由三部分构成(图2)：1. BMPs清单、2. 财政预算补贴和3. 管理平台。
1. BMPs清单
BMPs清单是每个区域的科学家、农民和政府机构根据当地农业生产特点一起合作制定的一个环境友好型农业操作清单，例如采用新型肥料、深施肥、牲畜废弃物密闭处理等措施。这些措施对减缓农业面源污染具有明显的效果，而且相对简便易行。只要农民采用了这些措施，就给予一定的信用记录，随后这些信用记录会得到补贴。
2. 财政预算补贴
财政预算补贴要作为专项基金进行征税，征收的对象是农业产品生产加工和消费相关的企业和人员。企业在农产品生产和买卖的链条上获益，需要为此负担一部分税收，部分高污染的农产品消费也是重要的污染驱动力，对这部分农产品本身可以加税提高价格以调节消费量和为污染治理筹措资金。预算的下限大小为BMPs实施的成本，上限为农业面源污染控制之后全社会的环境和健康收益，例如水污染和空气污染减轻对人类健康的贡献等。
3. 管理平台
管理平台由科学家、农民和政府官员组成来对接农民的信用得分和补贴发放，同时根据实施的情况进行措施、预算和管理方式等方面的调整。
总结和展望
NCS是确保农业面源污染治理措施可以落地实施的政策保障工具。不建立NCS系统，科学研究出来的农业管理措施基本上都停留在纸面上。同时NCS实施还会受到农场规模大小、农民受教育程度、经济发展水平等一系列因素的影响。为此，我们为NCS设立了分层次实施(Tiered Approach)的方式，在全球不同的国家以及国家内部的不同地区都可以采用不同的层次。低层次需要农民参与度低，例如新型肥料，只要政府直接补贴新型肥料让其与传统肥料同价或者更低价格即可。高层次需要的成本会增加，同时也需要农民有较好的教育水平以及较大的农场经营规模，例如测土配方同时根据测定结果进行优化施肥。NCS不仅可以用来控制氮素污染，还可以扩展到磷钾污染，以及其他农业林业相关的污染治理中去。
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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00004-7
本文内容来自Cell Press 合作期刊The Innovation 将于2021年第一期发表的Commentary文章“A credit system to solve agricultural nitrogen pollution” (投稿: 20201106；接收: 20201222；在线刊出: 20210106；DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100079)
作者简介
谷保静，浙江大学“百人计划”研究员，浙江省杰出青年基金、国家优秀青年基金获得者。主要从事资源与环境管理领域的交叉研究，在大尺度氮循环模型构建、资源环境效应评估、成本收益分析及其管理调控等方面取得了一些研究成果。在国内外期刊上发表论文70余篇，其中SCI/SSCI收录60余篇，包括第一/通讯作者在Nature, PNAS, Nature Sustain, Nature Commun等重要期刊上发表论文。担任国际氮素促进会(INI)亚洲区工作委员会成员，中国土壤学会氮素工作组委员，ESPR编委，The Innovation编委。
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