食物链氮素养分流动研究进展
食物链养分流动特征及其评价
食物链养分流动引起国内外广泛关注
N and P flow in food chain is the key process for nutrient management
• N and P effects is greatly depended on Resource their flows and use efficiency in food chain • Food demand is the main driving force for their flows • It is very important to China
Crop Production 8.3
Hou et al， 2013
Water 0.36
+ 0.37
Water 0.73
+1.25
Water 1.98
+0.85
Water 2.83
Unit: Million tonne (Mt)
养分环境流量及其相对贡献-P
Phosphorus losses
3
2.5 Amounts of P losses(Mt)
Crop Production 46.1
Hou et al， 2013
Water 3.3
+ 2.8
Water 6.1
+ 5.6
Water 11.7
+3.5
Water 15.2
Unit: Million tonne (Mt)
Nitrogen flow in the food chain of China
The change of N flux (Mt)
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1980 1990 2000 2010 Cropland 100 90
氮素吸收转运调控机制的研究进展
氮素吸收转运调控机制的研究进展近年来，氮素吸收、转运和调控机制的研究成为了植物学领域的焦点之一。
氮素是植物生长和发育的重要元素，但是缺乏和过量都会对植物产量和品质产生严重的影响。
因此，深入了解氮素的吸收、转运和调控机制，对于提高农作物产量和品质具有重要的意义。
1. 植物氮素吸收机制的研究氮素是植物生长和发育所必需的营养元素，植物主要通过根系吸收土壤中的氮素。
然而，不同种类的植物对氮素的吸收能力存在差异。
在过去的研究中，一些植物家族被证明在氮素吸收和运输中起着重要作用，例如硝酸盐转运蛋白家族和氨基酸转运蛋白家族。
硝酸盐转运蛋白家族在植物中是负责吸收硝酸盐的主要转运体系。
硝酸盐协同转运蛋白（NRT1/ NAR2）家族包括具有双传输功能和不同亚型的9个成员。
这个家族可以限制硝酸盐的过多摄取，并适应土壤中的氮素状况。
此外，未定位的NRT3蛋白参与了硝酸盐的运输和转运。
花生四磷酸酰胺合酶（AMT）是氨基酸转运蛋白家族的代表，可以将氨基酸转化为氨并进入植物细胞。
2. 植物氮素运输机制的研究植物氮素运输机制是指植物细胞内和细胞间的氮素分配和转移。
氨氮、硝酸盐和有机氮都可以在植物细胞间进行转运。
研究表明，在氨基酸转运蛋白家族中，AMT1;1和AMT1;3可以介导氮素在植物之间的大量运输，并且它们在氮素不足的环境中发挥更为重要的作用。
此外，氮素的转运和转移也与ATP结合盒蛋白（ABC）家族有关。
这个家族包括ATP结合盒转运蛋白（ABC）和ABCB转运蛋白，它们可以调节氮素的运输和分配。
植物之间的外泌体也可能参与氮素的转运和转移。
3. 植物氮素调控机制的研究植物内部的氮素调控系统是植物从土壤中吸收和运输氮素到蛋白质合成和氮代谢的过程。
一些转录因子在植物氮素代谢和调控中发挥重要作用，例如涉及抗氮素的侧向生长1（LS1）和 E2F转录因子家族。
LEAFY COTYLEDON1（LEC1）和LEC2是参与储存物质的关键转录因子，可以改变种子中储存类蛋白质在氮素饥饿或过量的情况下的表达水平。
水生生态系统中氮素循环的动态研究
水生生态系统中氮素循环的动态研究随着全球人口和经济的增长，农业和工业的发展导致了污染问题的不断加重。
氮素污染是其中最为严重的问题之一。
氮素在水生生态系统中的过量输入不仅会严重影响水质和生态环境，还会对人类健康造成潜在威胁。
因此，对水生生态系统中氮素循环的动态研究至关重要。
一、氮素在水生生态系统中的来源和去向氮素是植物、动物和微生物体内的重要元素之一，也是构成蛋白质等生命活动物质的重要组成部分。
氮素输入水体主要来自于人类活动和自然过程。
例如，化肥、农药和畜禽粪便等人类活动排放物可以通过径流和渗漏进入水体；同时，水体中的生物通过代谢和分解产生的氮素也是水环境中不可忽视的来源之一。
氮素的去向主要包括沉积、被植物利用、微生物分解等。
其中沉积是最主要的去向之一。
氮素在沉积的过程中，可以与其他物质结合形成有机氮，或被还原成氨等形式。
此外，植物是水生生态系统中氮素利用最为广泛的组成部分之一，植物通过氮素的吸收、转移和存储，维持着水生生态系统的生态平衡。
二、氮素在水生生态系统中的循环过程氮素循环是水生生态系统中的一个复杂过程，能够形成一系列不同的氮化合物组成的动态平衡。
在水生生态系统中，氮素循环主要包括氮素输入、生物化学和沉积过程。
在氮素输入方面，人类活动排放物和自然过程导致的氮素输入是主要的来源之一。
氮素输入后，其会首先经过一个生物化学过程，被微生物分解成氨、亚硝酸盐和硝酸盐等形式。
此外，植物也在氮素循环中担任了重要的角色，通过植物的吸收、转移和储存等过程，氮素得以被有效利用。
最后，氮素会沉积到水体底部，形成有机氮并被微生物分解，回归到氨、亚硝酸盐或硝酸盐的状态，由此完成水生生态系统中氮素循环的一个完整过程。
三、影响氮素循环的因素水生生态系统中氮素循环的动态过程，不仅受到氮素输入的影响，还会受到其他因素的影响，如水温、光照强度、水位、水流等。
水温是影响氮素循环的重要因素之一。
高温会直接影响微生物的代谢活动，导致氮素和其他营养元素的生物化学过程发生变化。
氮素循环的生态化学过程研究
氮素循环的生态化学过程研究氮素是生命中不可或缺的元素，它构成了所有蛋白质、核酸和其他有机化合物的基础。
然而，由于人类活动的不断增加，氮素循环已经成为一个引人注目的生态问题。
氮素的高浓度会引起污染，从而对热带雨林、草原、湖泊和海洋等生态系统造成危害。
因此，对氮素循环的生态化学过程进行深入的研究是非常必要的。
氮素循环的生态化学过程主要由四个阶段组成，分别是氮的固氮、氨化、硝化和反硝化。
在这些阶段中，微生物起到了至关重要的作用。
氮的固氮是氮循环的第一个阶段。
当氮气以N2的形式存在于大气中时，它是一种稳定的分子，只有少数化学反应会使氮分子离解。
因此，大气中氮的浓度非常高，但由于氮分子的稳定性，很少被生物体利用。
为了将氮固定为可被生物体利用的形式，有一些细菌和蓝藻能够使用一些微生物特有的酶来将大气中氮气转化为氨。
氨化是氮循环的第二个阶段。
土壤中的硝化细菌能够使用能量将氨转化为硝酸盐。
硝酸盐是一种可溶性的离子，因此它能够随着水的运动进入地下水和河流。
虽然这个过程本身不会造成污染，但是在过度施用肥料和低效浇水的情况下，硝酸盐会因为浸泡的土壤损失而超标。
硝化是氮循环的第三个阶段。
在嗜氧条件下，硝酸盐转化为亚硝酸盐，然后再转化为亚硝态氮，最终形成氮气。
这个过程由一组硝化细菌完成，它们能利用有机酸、碳酸盐和氢氧化物作为能量来源。
反硝化是氮素循环的最后一个阶段，它通常发生在环境中缺氧或低氧的情况下。
在这种情况下，已经形成的硝酸盐会被还原为气态的氮。
这个过程由一些反硝化细菌完成，它们能够利用硝酸盐作为氧化剂，但是无法利用氧气作为氧化剂。
这样，它们就能在缺氧或低氧的环境中生存。
总体来说，氮素循环的生态化学过程是一个非常复杂的过程，需要多种生物体参与。
在人类活动对环境造成的影响越来越大的情况下，对氮素循环的研究和掌握非常重要。
只有找到有效的方法，才能减少氮素污染对生态系统的危害。
农业生产过程中的氮循环研究
农业生产过程中的氮循环研究一、引言氮素是农业生产中必不可少的要素之一，农作物对氮素的吸收利用是其正常生长发育的必要条件。
但是，对于大量使用化肥的农业生产来说，氮素的循环往往会出现问题，导致浪费和污染，甚至会对环境和人体健康造成危害。
因此，研究农业生产中的氮循环问题，对于保障农业生产资源的可持续利用，具有重要的意义。
二、氮素的循环和吸收氮素的循环一般是指氮素在土壤中的转化过程。
氮素元素在大气中，通过固定为氨、硝酸盐等形式进入土壤中，在土壤中，通过土壤微生物的作用，把氮素元素固定成不同形态的化合物。
土壤中的氮素化合物主要有铵态氮和硝态氮。
铵态氮是指一些难以被农作物吸收的氮素形态，非常容易被流失。
硝态氮则是经过一定的氧化作用，转换成的一种容易被农作物吸收的形式。
在农作物生长发育过程中，氮素的吸收主要是通过根系吸收的方式来进行的。
氮素主要是以硝酸盐形式在土壤中存在，根系吸收硝酸盐，先行转化成亚硝酸盐，再经过还原作用转化成铵离子，然后再通过囊泡进行运输。
在这个过程中，铵态氮在转化过程中更容易流失，因此通常作为农业生产中不需要追求的氮素形态。
三、农业生产中氮循环问题随着化肥的广泛应用，土壤中的氮素含量逐渐升高，同时，氮素的利用也有一定程度的浪费。
化肥的使用方式和时机不当会导致肥料流失和污染，对环境造成损害。
此外，部分有机肥料的使用量也会对土壤中的氮素循环造成影响，例如大量运用畜禽粪污会导致土壤中的氮素含量快速增加，从而引起环境污染和资源浪费。
四、氮循环的利用与管理策略管理氮素循环过程，需要适应不同农业生产情形。
生产型氮素循环管理不仅是一种补给的过程，也是一个回收过程。
在美国和欧洲，氮肥的施用量已经从过去的较高水平逐渐降低，而通过肥料熏蒸、转基因作物、生物合成等技术手段，制定合理的氮肥管理策略，有利于提高农作物的氮素利用效率，控制化肥的使用量，减少浪费和污染。
在我国，可以通过提高肥料利用率、引进高效锁氮肥料、建立有机肥化肥结合的肥料管理模式，以全面提高我国农业生产的氮素利用效率。
植物营养物质循环与利用的研究进展
植物营养物质循环与利用的研究进展植物营养物质循环与利用一直是植物生长发育的重要方面，对于保持土壤肥力、提高作物产量和促进农业可持续发展具有重要意义。
过去几十年来，随着科学技术的进步和研究方法的更新，人们对植物营养物质循环与利用机制有了更为深入的了解。
本文将围绕植物营养物质的来源、传输和利用过程展开讨论，并介绍当前研究中的一些重要进展。
一、植物营养物质的来源土壤是植物吸收营养物质的重要来源。
在土壤中，养分主要以无机形式存在，包括氮、磷、钾等主要元素，以及若干微量元素。
植物通过根系吸收土壤中的这些无机养分，并转化为有机物质用于自身的生长和发育。
此外，大气中的二氧化碳也是植物合成有机物质的重要来源。
二、植物营养物质的传输植物内部的营养物质传输主要通过根-茎-叶的系统进行。
根部吸收到的养分通过细胞间隙的扩散或主动转运进入茎部，并通过茎部的导管系统传输到叶部。
在传输过程中，养分的浓度梯度和根部的吸力起着重要作用。
此外，植物的根系结构和导管系统的发达程度也对养分传输起着一定的影响。
三、植物营养物质的利用植物在吸收到营养物质后，将其转化为能量和有机物质，并用于维持自身的生长和发育。
植物利用营养物质的过程中，充分利用光能进行光合作用，将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物质，并释放氧气。
此外，植物还通过根瘤菌固定大气中的氮气，形成可供植物吸收利用的氮源。
近年来，植物营养物质循环与利用的研究得到了广泛关注，并取得了一些重要的进展。
1. 植物对养分的吸收机制通过研究植物根系和土壤之间的相互作用，科学家们发现了一些重要的养分吸收机制。
例如，AM真菌与植物根系形成共生关系，可以提高植物对磷的吸收效率。
此外，植物还通过分泌有机酸等物质，改变土壤中养分的化学形态，从而增加养分的有效性。
2. 植物对养分的转运途径植物内部的养分传输途径一直是研究的热点。
目前，关于茎部的导管系统结构和组成、养分转运机制等方面的研究取得了一定的进展。
云南省农牧生产系统氮素流动时空变化特征与环境效应
ｄｏｉ：１０．３８６４￣．ｉｓｓｎ．０５７８—１７５２．２０１８．０３．００８
云 南省农牧生产 系统氮素流 动时空变化特征 与环境 效应
李 晓琳 ，郑毅
（西南 林业 大学 环境 科学 与 工程学 院 ， 昆明 ６５０２２４）
摘要 ：【目的】研 究 云南省农 牧生产系统 的氮 素流 动途径 并评价其环境效应 ，提 高农 牧业氮素利用率 ，改善 农业生态环境 ，为制定符合 云南省农 业发展 规律 的政策提供科 学依据 ，实现社会经 济生态 的可持续发展。【方 法ｌ 通过运用食物链养分流 动模 型 （ｎｕｔ ｒｉｅｌｌｔ ｆｌＯＷＳ ｉｎ ｆｏｏｄ ｃｈａｉｎｓ，ｅｎｖｉｆｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｕｓｅ，ＮＵＦＥＲ）， 从时 间序 列的角度分析 １ ９９５— ２０１４年云南省农牧业氮素养分流 动时间分 异特征 ，结合 ＧＩＳ，从 空间格局角度分析 ２０１４年云南省 １ ６个地州农牧业氮素养分流动空 间分布特征。【结果】１ ９９５－２０１４年 云南省农牧系统氮素投入量逐 年递增 ，从 ｉ９９５年 的 ２．１ Ｘ １ ０ ｔ增 至 ２０１４年的 ３．５×１ ０ ｔ。氮肥 的施用和饲料进 口是 造成农牧系统氮素投入 量 增加 的主要原 因。农 田主产 品吸 氮量 与动物生产 系统主产品吸氮量在时间上呈现同 向增 长的关系 ，农产 品吸氮量 １９９５－２０１４年 间上涨 ２．１倍 ，动物生产 系统主产 品吸氮量上涨 ８．５倍，其 中 ２０００年 、２００６年变化最为剧 烈。云 南农牧业快速发展 的过程 中，由于作物播种面积扩 大、栽植技术提 高，畜牧业养殖 规模 扩大，模 式改 良所 ｇ】起 的 氮素吸 收效率提 高。云南省农牧生产系统 氮素流 动表现 出极 大的不平衡性 ；氮素投 入呈现放 射式分布 特征 ，中心 投入量 高，四周投 入量逐 渐递减。吸氮量则表 现出与区域社会经 济发展状 况相 协同的特 点，经济发达地 区吸氮量 较高 ，经济发展滞后 的 区域 ，吸氮量较低 。由于地形条件 ｇ『起 的径流 、侵蚀 、淋 洗，以及 由于施肥方 式不合理所 弓Ｉ起 的氨挥发是 导致农 牧生产系统 中氮素损失 的重要原 因。根据 云南省氮素投入 、吸收和损 失规律 ，可将各地 州 划分为高投入 高排放 （大理、 昆明、红河 ）、高投入低 排放 （曲靖、丽江、楚雄等 ）、低投入 高排放 （迪庆 、昭通 等 ）和低投入低排放 （怒江 、普洱 ）４大类型。【结论 】云南省传 统施 肥方式导致施肥 过量，大量肥料通过氨挥发 的方式排入大气 中，动物养 殖过程 中产生 的粪尿 中氮素通过径流 、淋溶进入水体 ，造成农业 生产过程 中经济效 益 的降低、环境污染。从 空间格局 上看 ，大理、 昆明、红河的氮素损失较高。今后亟 需改进化肥施用方式，提高化 肥 利用率 ，改进畜牧业养殖模 式，提 高粪尿有机还 田的数量。针 对主要 区域重 点治理 ，采用 因地制宜 的农牧体 系 氮素优化管理技术 、增加粪尿养分循环 和提高氮养分效率，减少氮素 向大气和水体 中的排放数量 ，从而实现农牧 体 系氮素的合理循环。
生物氮素循环研究及其对环境的影响
生物氮素循环研究及其对环境的影响氮素是生命体中必不可少的元素，但也是植物生长的瓶颈之一。
为了提高农作物产量，农民经常施用氮肥，但这种做法可能会导致土壤的氮素浓度过高，加剧土壤和水体的污染，还会造成大气中氮氧化物的排放，对大气环境造成影响。
为了避免这些问题，需要对氮素的循环过程进行研究，以此来制定科学的农业措施和环保政策。
1. 氮素的循环过程氮素在自然界中有很多循环过程，包括氮固定、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和氮素挥发等等。
其中，氮固定是最常见的循环过程之一，可以通过细菌的作用将大气中的氮气转化为植物可以利用的氨基化合物。
此外，细菌还可以利用氮气产生能量，并将产生的氨基化合物释放到土壤中。
而植物的根系可以通过根瘤细菌来吸收氨基化合物，进而形成植物的蛋白质和其他氮素化合物。
氨化作用发生在土壤中，是通过细菌或其他形式的微生物将有机或无机氮化合物转化为氨基化合物的过程。
硝化作用是指通过细菌的作用将氨基化合物转化为亚硝酸盐和硝酸盐，并将它们释放到土壤中。
这些硝酸盐是植物吸收氮素的主要来源，因此如果土壤中的氮素含量过低，则植物的生长会受到限制。
反硝化作用是细菌将硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气和其他气体的过程，这种过程可以在土壤中和水体中发生。
氮素挥发则是指氮化合物的气态形式从土壤、沙漠和水体中蒸发到大气中。
2. 生物氮素循环的影响生物氮素循环的影响可以包括对生态系统和人类健康的全面影响。
例如，氮肥过量使用不仅会弄脏地下水和河川，还会进一步导致蓝藻的爆发。
蓝藻是一种会大量繁殖和分解其他有机物的水生植物，它们需要很多氮化合物才能存活。
氮肥的过度使用会使得蓝藻在水体中繁殖，从而消耗大量氧气，这会导致水生生物窒息和死亡的现象。
氮氧化物是一种大气污染物，会影响大气的化学特性，从而给人类健康和环境带来不良影响。
它们会对环境中的活性氧产生破坏作用，并导致气溶胶的形成，这会危害人类的健康，尤其是对呼吸系统疾病的发生有很大的影响。
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食物链氮素养分流动研究进展作者：谢勇荣湘民来源：《湖南农业科学》2014年第11期摘要：近年来生态系统氮素需求、投入和排放的研究和调控不断细化和深入，文章从食物链角度对氮素养分利用动态特征及其变化规律展开研究，综述了氮素养分流动消耗状况及其环境影响机理，指出了食物链氮素养分流动研究过程中存在的问题以及今后的发展方向，为实现氮素（或养分）资源的高效利用和综合管理提供科学依据。
关键词：食物链；氮素；养分流动；环境问题；综述中图分类号：S143.1 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2014）11-0042-04上个世纪末以来，中国人口数量、社会经济和生活水平日渐提升，人类的饮食结构发生变化，食物链养分流量不断增加，加剧资源消耗和环境养分排放数量。
实现自然环境和人类生存的可持续发展目标重在研究人类食物链养分的流动及其管理[1]。
氮素是动植物的必需营养元素，也是环境污染因子[2]，它的流动是在不同载体之间沿着食物链进行，其科学管理有利于解决人口、资源、环境、粮食安全等重大问题[1]。
供求不均的食物分配，导致以高投入追求高产出的单一生产方式产生，养分资源利用效率降低，加剧环境问题。
因此，食物链养分流动的研究对于氮素资源管理有非常重要的意义。
1 食物链氮素养分流动机理及特征1.1 氮素养分在食物链中的纵向流动食物链氮素养分纵向流动是指在某特定区域氮素在―资源-化肥-农田-畜牧-家庭-环境‖体系中各个养分库之间的转化和迁移[3]，其中每一环节都与大气和水体环境相连[4]。
作物生产、畜牧生产、食品加工和家庭消费4个子系统构成食物链系统，其中的养分流动数量被定义为养分金字塔（图1），在这4个子系统中氮素养分不断的迁移和转化，最终满足人类对氮素的需求。
高利伟等[3]以物质流原理来研究氮素养分在不同物质载体中的流动特征和规律，更直观地分析了各子系统氮素养分的利用和环境排放。
养分库是指在自然和社会经济系统中暂时固定、储存养分的场所[5]，每个养分库都是开放的，各养分库之间通常会有养分交换。
不同的养分流动方向就有不同的养分库源汇关系，按照从源头到最后汇的顺序进行养分交换的过程就是养分纵向流动。
食物链生产与消费体系中，植物体库和动物体库是源，而人体库为汇。
氮素养分资源纵向流动既与氮素资源营养价值变化过程有关，也与氮素养分损失造成的环境污染负荷有关[6]。
所以，探究氮素养分资源纵向流动便于确定氮素投入、作物高产和环境可承受三者之间的关系，从而减少环境污染压力，为引导社会经济产业高效发展提供依据。
1.2 氮素养分在食物链中的横向流动横向流动是指氮素养分在不同区域尺度之间的调出和调入，主要是借市场需求拉力作用，使生产生活资源在不同地区间进行流动，以调和资源分布不均局面[7]。
养分的横向流动，源于区域间的养分需求贸易差异。
粮食消费差异必然带来养分物质的贸易，结果发生养分的横向流动。
在化肥生产和消费方面，资源分布的不均衡性，必然带来大量化肥养分的区域流动，比如磷肥原料区与消费区的空间异位，产生化肥运输与化肥行业发展压力[8]。
同样，粮食主产区和主需区的区域差异和品种差异，导致我国粮食生产与消费也存在区域不平衡[4]。
通常情况下，作物养分输出多的地区也是用肥多的地区。
生产区与消费区异地的差异性和空间资源的再配置，也会导致各个区域间各种养分资源的横向流动。
2 食物链氮素养分流动研究途径2.1 食物链养分资源管理分析在养分流动过程中，养分的存量和流量直接关系到国计民生的可持续发展前景。
因此，从食物链角度做好养分资源综合管理就成为可持续发展的重要内容[9]。
马文奇等[10]提出养分资源综合管理思路：突破传统的农田范畴，拓展到农田和区域的不同层次，以食物生产和消费及其环境系统为对象，以养分资源流动和调控为重点展开研究。
养分管理的说法源于土壤和植物营养学科，并仅限于农田施肥有关的行动[2]，后来人们对氮、磷等养分有了深入认识，逐渐扩展到农牧生产体系[2，11]和整个食物链[1，10，12]。
人口增长和生活方式改变，增加了食物链养分的生产投入和运输负荷，以解决食物养分需求问题。
然而，大量研究表明，养分过量投入（特别是化肥资源）与粮食产量增加呈报酬递减规律，造成资源浪费和环境排放污染（尤其是氮素和磷素）[13-15]，带来严重的环境问题。
食物链养分的管理在国际上得到了重视，大家在关注养分流动及环境影响的同时，也在逐步优化食物和能源的生产。
食物链养分流动既关乎人类食物需求，也关乎资源和生态环境安全[9]，食物链养分优化管理对实现国家资源环境可持续发展具有重要意义。
因此，有待开发成功的食物链养分管理模式[3]。
2.2 食物链氮素养分流动研究思路和方法众多国外学者从环境生态系统动态的宏观尺度起步，综合评价系统养分循环平衡问题，探索氮、磷等养分流动的过程，为养分流动研究和环境保护提供了一些启发。
化肥生产和过量施肥对资源环境的影响，要从更大范围来定量研究从土壤—植物—动物—土壤的养分循环过程。
上个世纪以来，营养物质循环和平衡研究在植物生理方面得到应用，随后整体与系统观点应用于生态系统物质循环研究，而后农业生态系统养分循环逐渐被世界各国农业与环境专家学者所重点关注。
粮食作物养分资源的流动包含两部分），一是营养价值与吸收利用的纵向流动，主要驱动力是人类食物需求；二是空间养分资源配置的横向流动。
研究的区域尺度分2层，一是国家与国家间，二是国内省际间。
经过长期的研究探索，氮素养分流动的研究方法基本形成：（1）通过查阅文献资料以获取理论依据；（2）借助实地调研和专家咨询手段以获取数据支撑；（3）运用物质流（MFA）、养分流（NFA）、能量平衡、虚拟资源、数理统计学和GIS技术的理论和方法，建立食物链氮素养分横向和纵向流动模型[3，16]；（4）根据食物生产与消费行为分析区域作物生产与消费体系氮素流动特征。
德国专家Martin等研究养分流动时对德国农业中的氮磷钾素平衡状况，以及1970～1995年和1990～1995年的变化趋势进行了详细论述[5]。
朱兆良[17]通过对主要农田生态系统氮素行为与高效利用的研究，对我国农业生态系统中氮素养分收支情况作了一些粗略的定量估算，并编制出我国农业生态系统的氮素平衡帐。
刘晓利[18]根据德国专家Isermann教授的理论成果，在建立氮素循环与平衡模型的基础上，首次建立了中国氮素养分在食物链系统与生态环境系统中的整合流动框架、计算方法和参数，分析了氮素养分在生产和消费体系中的流动特征。
侯勇[19]针对城市消费体系氮素养分流动模型及其特征展开研究，揭示了城郊生产模式对氮素养分循环和流动的影响，为深入研究家庭消费体系氮素养分流动奠定了基础。
马林[20]在解决中国营养体系氮素养分流动的问题上开发了一套中国营养体系氮素养分流动模型（CNFC），实现了计算过程的自动化，整合查询、计算以及预测功能，从而实现了氮素养分流动的模型化过程。
3 氮素养分流动带给环境的影响养分资源在食物链（包括生产、流通、加工、消费、废弃整个过程）中进行迁移、循环并对环境产生影响。
在食物链流动的过程中，氮素养分的21%被动植物吸收，并且只有0.14%～0.28%被人体吸收利用，而有78%～79%会进入环境，其含量累积超过环境容量，就可能导致环境污染资源浪费。
研究表明，我国居民每增加1 kg氮素消费，食物链生产系统需要输入8 kg氮素[9]。
随着社会的进步，饮食结构的改善，养分需求量也会大幅增加。
我国每生产1 kg 食物氮，向大气排放2.6 kg氮，向水体排放1.2 kg氮[9]。
因此，未来生态环境在养分输入大幅增加的同时，氮素排放也会剧增，环境容量压力严峻。
近几年，基于环境问题的压力，我国学者根据氮素排放量、排放形式（NH3、N2O、N2，淋溶、径流和侵蚀等）和来源对氮素损失做了效应区划，即分为集约化农业高氮损失区（主要集中在京津都市圈、长三角和珠三角地区）、农牧结合的氮损失合理区和经济落后的低氮排放区[16]。
高排放主要源于以下3点：（1）属于中国农业主产区，高产高投的生产方式为主，氮投入量超过500 kg/hm2；（2）集约化畜牧生产区，畜禽粪尿养分量与生态环境承载量不协调[21]；（3）同时综合分析其他人为和自然等影响，也能确定为高氮素排放因子区。
合理氮素排放区主要集中在东北地区，在现代规模化种养制度下农牧生产子系统氮素利用效率达到40%。
低氮排放区分布在中西部省份，贫困落后而导致的低养分投入是主要原因，而这些地区农产品产量也相对较低。
目前，我国城市化率的不断提高和人们生活方式的改变，大大增加了动物性食品消费比重，从食物链氮素流动吸收利用的金字塔中可以看出，养分投入总量大幅攀升，氮素循环利用率大幅下降，以及环境排放影响加剧。
在欧美、日本等发达国家和地区中，畜牧业发达和以动物性食物为主的饮食模式已明显加大了氮素养分的投入和损失。
按照美国的生活方式计算，到2050年左右，全球若有90亿人，至少需要30亿头牛，而现在仅有13亿头。
上个世纪末以来发达地区大量进口粮食和饲料，增加了氮素养分资源输入，也增加了向环境中的排放量，特别是通过畜产的排放量较多，其结果是导致水体富营养化、地下水硝酸盐污染、温室效应等问题。
同样的环境污染事件在我国的太湖、滇池以及地下水污染也早有发生。
我国人民生活水平的提高，也可能会加剧食物链氮素流动导致的环境恶化问题。
4 存在的问题食物链氮素养分流动是一个养分资源投入、作物吸收、人畜吸收、土壤转化等的耦合过程。
研究氮素养分流动的目的在于合理配置氮素资源、提高氮素利用率、减少环境污染。
目前，生产、消费和环境三者之间的矛盾在食物链体系中越来越尖锐，如何找到它们之间的可持续平衡点，仍是当前的热点和难点问题。
国内外学者对氮素养分流动模型建立、评价分析、规律探索、调控管理方面有了许多的研究，但仍有许多问题需要进一步探讨：（1）目前很多研究仅局限于食物链的某个环节及其氮素养分流动的纵向流动资源利用率，而缺少食物链氮素流动的整体性效应研究；（2）氮素在食品养分需求、生产环节养分投入和环境排放之间关系的定量分析较少，养分在食物链流动中的驱动机制、综合评价方法和调控策略的分析还刚刚起步；（3）国内对于养分在大区域尺度的研究起步较晚，缺乏大量数据资料和参考文献，使模型分析缺乏数据支撑；（4）未找到区域化作物最佳施肥量，环境效益、经济效益与社会效益难以协调统一；（5）探寻食物链养分管理成功模式，找到解决问题的方案，需要进一步展开实践。
5 展望食物链氮素养分流动系统运转非常复杂，受很多因素的影响和制约[3]。
全面分析各种因素，研究食物链养分流动是实现生产—消费—环境体系的安全高效的一种可持续发展途径。
从农田到餐桌（From farm to table or From farm to fork）来分析和管理食物链养分的思路最早在欧洲国家出现[22-23]，而我国学者马文奇等[10]提出了养分资源综合管理的策略，首先是针对农田生产系统，而后循序渐进的向更大的领域开始扩展研究，着眼于全面分析氮素养分流动。