自工业革命以来，随着全球人口的急剧增加，对粮食、肉类等食物的需求也不断增加。这些因素导致全球农田面积不断扩大，同时也促使化学氮肥的大量使用。氮肥的使用一方面显著的增加了粮食的产量，满足了人类的需求，但同时也带来了很多环境负面效应。例如，过量的氮肥会通过地表径流进入河流、湖泊等造成水体的富营养化，进入地下水后会污染饮用水。调查发现，婴儿饮用高含量的硝酸盐的污染水后会造成酶系统发育不全和高铁血蛋白症。气态氮氨是大气中细颗粒物PM2.5形成的重要前体物，它可以与二氧化硫和氮氧化物等经大气化学反应形成硫酸铵和硝酸铵等二次粒子，进而造成雾霾等天气。氮气是气态氮损失的另外一种形式，其对环境没有任何负效应。因此，研究农田氮素的损失途径，特别是活性氮和惰性氮流失的比例，对于农田氮肥的合理利用和粮食增产具有重要的现实意义。
中国科学院沈阳应用生态研究所生物地球化学组的白娥研究员、王超助理研究员等与美国加州大学戴维斯分校的Benjamin Houlton教授合作，利用氮稳定性同位素模型（N-Isotope Model）和全球环境评估模型（IAMGE）对全球范围内农田氮素的输入、输出途径进行了分析，并对比了工业革命之前（1860年）和现今（2000年）两个时间点的差异。结果发现，自1860年至2000年，全球农田氮素的输入增加了近9倍，其中氮肥使用由0 Tg N yr-1增加到 70 Tg N yr-1。农田活性氮素NH3，N2O，NO和淋溶氮流失分别增加了2.7，17，20和10倍。同时，惰性氮气N2排放也增加了13倍，但是这些氮气仅占到活性氮的20%，不能够完全抵消活性氮素排放带来的负效应。
该研究以Growth in the global N2 sink attributed to N fertilizer inputs over 1860to 2000为题发表在Science of The Total Environment上。该研究得到973项目（No. 2014CB954400）、和国家自然科学基金优秀青年项目（No. 41175138）的支持。
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1860年至2000年间，全球农田面积增加及农田土壤氮气排放变化图
