Co-benefits for cropland yield, nitrogen emissions, and climate impact through multi-objective optimization agricultural manure solutions

农业 产量(工程) 肥料 环境科学 氮气 气候变化 温室气体 农业工程 农学 自然资源经济学 化学 经济 材料科学 生物 工程类 生态学 有机化学 冶金
作者
Yinghua Yin,Shufang Guo,Qiyu Xu,Jian Liu,Hongyuan Wang,Yanhua Zhuang,Zhen Wang,Lingling Hua,Hongbin Liu,Limei Zhai
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 6415-6415 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41467-025-61885-w
摘要

Optimizing manure use and reducing chemical fertilizers are crucial for achieving the Sustainable Development Goals. However, optimal manure redistribution for cropland yield, nitrogen emissions, and greenhouse gas benefit remains unclear at large spatial scales. Here, we employed genetic algorithms and meta-analysis to obtain an optimal substitution rate for major crops in China. This could reduce synthetic nitrogen use and reactive nitrogen pollution by 13.3 and 2.0 Tg, cut ammonia and nitrous oxide emissions by 15.6% and 16.2%, and lower nitrogen runoff and leaching by 32.9%. The yield of eight major upland crops could be increased by 2.0-19.5%. The strategy involves relocating about 255 million pig equivalents, with 32.3% moved across provinces, mainly from central to northern and northeastern China. An estimated US$6.1 billion investment in livestock relocation could yield US$25.9 billion in benefits. This study finds that optimizing manure use and relocating livestock in China can reduce nitrogen emissions by 15-16%, lower nitrogen runoff and leaching by 33%, raise yields by 2.0-19.5%, and bring $25.9 billion in benefits from a $6.1 billion investment.
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