日本与印度开始启动一个联合项目，目标是减少与二氧化碳（CO2）同样能导致全球变暖，并且大气中的含量持续增加的温室气体“一氧化二氮（N2O）”的排放量。该项目计划在世界第二大小麦生产国印度的中央平原种植具有抑制N2O排放功能的小麦，并最终将这种小麦推广到全球共2.25亿公顷的所有小麦种植地。日方的代表研究机构“国际农水产业研究中心（国际农研）”的研究代表兼特定研究调查主任飞田哲（日本大学生物资源科学部教授）对联合项目充满信心：“希望将其打造成以削减温室气体、提高农业可持续生产力以及农民收入为目标的‘气候智慧型农业’（注1）的典范”。
N2O的温室效应为CO2的298倍
随着固定大气中的氮的“哈柏法”于20世纪初被开发出来，氮肥的大量生产成为可能，农业从此迅速发展。氮肥的成分氨态氮（铵）可以通过土壤中的硝化细菌转化为作物的重要营养物质硝态氮。然而，为增加产量现代农业一直在过度使用肥料，导致产生的硝态氮超过作物所需。排放到环境中的硝态氮不仅会造成水质污染和富营养化，通过向大气中释放温室气体N2O加速全球变暖的可能性也越来越高。其原因是，虽然N2O在大气中的浓度远远低于CO2，整体来说对全球变暖的影响比CO2小，但按照相同的量来比较的话，其温室效应高达CO2的298倍。
国际农研特定研究调查主任兼日本大学教授飞田哲（左），以及长期以来一直引领BNI研究的国际农研研究员Guntur V Subbarao（右、印度籍）在国际农研种植的具备BNI功能小麦试验田（筑波市）中工作的情景（照片由飞田哲提供）
增强了硝化抑制（BNI）功能的小麦
旨在提高氮利用效率及降低农业对环境的不利影响的联合项目将采用具备BNI功能（作物自己从根部分泌物质抑制硝化作用的现象）的BNI功能增强型小麦。BNI是一种只需更换品种即可的自然应用的技术，因此具有不干扰生态系统，且易于引入生产现场的优点。联合项目的起源是国际农研着眼于在南美热带牧场的牧草中观察到的独特现象BNI，并于1995年与当地机构启动的联合研究。2009年明确了这种牧草Brachiaria humidicola拥有的BNI功能。随后又确认这种BNI功能还存在于同为禾本科的主要谷物玉米、高粱等中，并实际在土壤中显示出了硝化抑制作用。
不过科学家们并没有发现具备高BNI功能的小麦。国际农研的研究团队利用属间杂交法，将具备高BNI功能的野生小麦近缘种“大赖草”的部分染色体与小麦的部分染色体进行置换，成功开发出了BNI功能增强型小麦。此次开发的高产国际小麦品种“Munal”的BNI功能提高到普通小麦的2倍左右，确认可以抑制农田里的硝化细菌数量，降低硝化速度，减少N2O排放量。另外还确认，即使将氮肥用量减少60％，产量也不会减少，而且小麦品质的国际标准——谷粒的蛋白质含量和烘焙特性（蓬松度和硬度等）也没有变差。这项国际玉米小麦改良中心（墨西哥）、巴斯克大学（西班牙）和日本大学生物资源科学部联合研究取得的最新成果已于8月24日发布在科学期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America （PNAS）》的在线版上。
不施氮肥种植的高产国际小麦品种“Munal”（左）。右为增强BNI功能之前的“Munal”。摄于筑波市国际农研试验田。（照片由飞田哲提供）
BNI增强型作物的功效（图片由飞田哲提供）
入选解决全球性课题的国际项目
以印度博洛格南亚研究所为主要研究机构的联合项目，被采纳为日本科学技术振兴机构（JST）、日本医疗研究开发机构和国际协力机构（JICA）共同开展的“全球性课题国际科学技术合作项目”（SATREPS：注2）的新课题。目前还为有条件采纳，将等待与印度政府及有关机构的具体协议成立后，从下一年度开始实施。5年里计划增强印度小麦品种的BNI功能，确认能否降低释放N2O等的硝态氮的生成量，同时还将在印度三个环境各异的地区实施协同试验，评估BNI增强型小麦在各地区的适应性。最终目标是削减氮肥使用量以及减轻氮造成的环境污染。
据该项目的研究代表、国际农研特定研究调查主任飞田哲（日本大学教授）介绍，首先将在田间确认利用目前的国际品种培育的高产国际小麦品种“Munal”的优势，然后在印度的当地优良品种中引进BNI功能。最终目标是，确保印度政府的小麦育种计划能持续使用可改善全球氮循环的品种。印度方面除博洛格南亚研究所外，印度农业研究理事会（ICAR）旗下的研究机构也预定加入联合研究。
“绿色革命”的负面影响有望改善
众所周知，为改善世界粮食问题做出重大贡献的“绿色革命”以作为主导者的美国农学家诺曼·博洛格（1914～2009，1970年获得诺贝尔和平奖）开发的高产小麦为武器，拯救了世界各地无数饱受饥饿之苦的人。与目前的世界第一大小麦生产国中国一样，第二大小麦生产国印度也是“绿色革命”的最大受益国之一。但是，据飞田教授介绍，这场“绿色革命”也带来了负面影响，即“虽然粮食增产支撑了人口增长，但这是建立在高产品种和氮肥等的大量使用的基础上的，因此导致工业化生产的氮肥将超过地球处理能力的氮量投入到了农田中”。
“目前人口仍在持续增长，对粮食的需求越来越大。另一方面，地球上的氮循环已经超出了地球的处理能力，我们认为在农业中使用BNI是解决这一问题的一个非常有希望的选择。期待在‘绿色革命’中受益最大的印度取得的成果能成为全球的‘气候智慧型农业’的典范”。冈田教授这样说道。
巴西、中国和印度的排放量显著增加
关于N2O对气候变化的影响，国际研究计划“全球碳计划”在去年10月发布了题为《2020年全球一氧化二氮收支》的报告。报告显示，大气中的N2O浓度在工业化之前的1750年为270ppb（ppb为10亿分之1。1ppb为0.001ppm），而2018年增至331ppb（约增加23％）。这种增加趋势今后将持续数十年，到2050年可能会翻一番。目前，大约40％的N2O排放是人类活动产生的人为排放，因为对粮食、饲料、纤维和能源的需求增加，废弃物和产业活动的排放进一步增加。另外，从最近10年全球的人为N2O排放总量来看，来自农业生产的排放占82％。从排放地区而言，经济增长迅速的国家，尤其是巴西、中国和印度，由于农作物生产和家畜数量的快速增长，其排放量的增长最为显著。
关于对全球变暖影响最大的CO2在大气中的浓度，去年11月公布的世界气象组织（WMO）温室气体公报第16期显示，2019年的浓度为410.5ppm，比工业化之前的1750年增加了48％。以日本政府宣布2050年之前实现CO2净零排放的“碳中和”为首，目前削减CO2排放已成为世界主要国家的共同目标。但是，导致全球变暖的温室气体不仅仅是CO2。WMO温室气体公报第16期显示，大气中的CO2对全球变暖的影响约占所有长效温室气体的66％。其他温室气体中，N2O的影响约占7％。影响仅次于CO2的甲烷约占16％，N2O的影响排在第三位。虽然N2O在大气中的浓度还不到CO2的千分之一，但以相同的量（浓度）来比较的话，N2O的温室效应高达CO2的298倍，因此整体来说，其影响力相当于CO2的十分之一以上。
WMO的数据显示，2019年N2O在全球大气中的平均浓度为332ppb，比上一年进一步增加0.9ppb。
【注释】
（注1）气候智慧型农业（Climate-Smart Agriculture）：通过整合农业发展和气候变化应对措施来提高农业可持续生产力、增强复原力及削减温室气体排放量的农业方式，世界银行等计划普及。
（注2）SATREPS（全球性课题国际科学技术合作项目）：根据日本综合科学技术会议（现为综合科学技术创新会议）提出的需要立足于在政府开发援助（ODA）中发挥日本科技实力的“科技外交”的角度出发，采取具体措施的建议，于2008年在科学技术振兴机构（JST）设立的项目。该项目针对不只是一个国家或地区存在的全球变暖、传染病对策和防灾等全球性课题，由日本与发展中国家的研究人员共同开展3～5年的研究。截至目前已经在全球53个国家推进了168个项目（每项课题的研究费用约为每年1亿日元）。该项目在国际上获得了包括经济合作与发展组织（OECD）在内的高度赞誉。
日文：小岩井忠道（科学记者）
中文：JST客观日本编辑部
【参考网站】
SATREPS“采用生物硝化抑制（BNI）技术在中央平原确立氮利用效率优异的小麦种植体系”（日文）
国际农研“全球首次！以少量氮肥实现高生产效率的小麦开发取得成功——利用铵同时实现防止氮污染和粮食增产”（日文）
国际协力机构“关于确定2021年度‘全球性课题国际科学技术合作项目（SATREPS）’的新采纳项目”（日文）
国立环境研究所、海洋研究开发机构、未来地球日本中心“公布全球一氧化二氮（N2O）收支2020年版”（日文）
WMO温室气体公报（气象厅译、日文）
