当闪电击中地表时，强电能可打破大气中氮分子的化学键，使其转化为可随降雨进入土壤并被植物吸收的形态。这一自然“固氮”过程在农业出现之前就已存在。人类在很长一段历史时期主要依赖自然固氮，直到20世纪初合成氮肥技术成熟。

20世纪10年代开发的哈伯-博世法在高温高压条件下将空气中的氮与氢结合制得氨，成为多数合成肥料的基础。该工艺推动作物产量提升并加速粮食生产，至今仍支撑着全球数十亿人口所依赖的谷物供应。但与此同时，合成氮肥的生产与流通也被视为粮食体系中的关键脆弱环节。

澳大利亚氮肥高度依赖进口

澳大利亚国家科学机构CSIRO农业与食品研究部门副主任Alison Bentley表示，澳大利亚所有合成氮肥均通过海运进口；同时，澳大利亚大量谷物也依赖海运出口，意味着其在供应链两端都深度嵌入全球体系。

CSIRO高级研究科学家Javier Navarro的研究显示，澳大利亚氮肥进口来源集中度上升。“2025年，澳大利亚56%的氮肥进口来自中东，较2011年增长超过20%。”Navarro称，澳大利亚逐步降低对国内生产的依赖，这一变化在供应链承压时会带来现实影响。

报道指出，供应链一旦中断，影响会迅速传导至农场并进一步波及零售端。阿拉伯之春、乌克兰战争以及近期中东紧张局势均曾引发氮肥价格剧烈波动。Bentley还提到，与燃料不同，氮肥不易储存，难以通过建立类似紧急燃料储备的方式在危机时缓冲供给冲击。

Bentley表示，供应受限会对即将到来的播种季产生直接影响，涉及冬季作物，包括小麦、大麦、燕麦等谷物以及油菜籽等油料作物。

氮肥对谷物产量与品质的作用

氮是植物合成蛋白质、形成叶绿素并驱动生长的重要元素。氮供应不足会导致产量和谷物品质下降。以小麦为例，谷物蛋白含量影响面粉加工质量与农民获得的价格，而蛋白含量与生长季的氮供应相关。

Bentley表示，氮肥对现代农业产量水平至关重要，但氮的转化效率仍是突出问题。为获得谷物所需产量，生产体系往往需要施用大量氮肥。

转化效率与流失问题

研究数据称，每年约有100太克（1太克等于100万吨）合成氮肥施用于农田，但只有17太克最终进入人类食物，其余部分发生流失。报道同时提到，农民每投入1美元氮肥，实际收回的可收获产品价值约为30至50美分，未转化部分也会带来环境影响。

在澳大利亚干旱地区，水资源限制会约束施肥量，但谨慎施用并不等同于高效利用。报道指出，有机肥料可在部分体系中补充或替代合成氮肥，但在现代农业的需求规模下仍面临限制，且其养分含量不如合成肥料集中且可预测。

Navarro表示，生产者在采购端也面临不确定性：农民通常需要在播种前数月锁定氮肥采购量，并依据并不完美的季节预测作出决策；若降雨少于预期，作物吸收的氮减少，剩余氮也不会“静止等待”。

研究转向：从“供给端”到“需求端”

报道称，氮研究的一个重点方向正从“如何向作物供应氮”转向“植物如何利用氮”。农学界长期强调氮管理的“四要素”——正确的氮源、正确的施用量、正确的施用时间和正确的施用位置，以提升施肥精准度。

Bentley认为，向植物提供氮只是问题的一部分，植物对氮的需求会随生命周期变化，并影响生长、产量与生产力。她在加入CSIRO前与同事在英国的研究发现，不同小麦和大麦品种在氮吸收与转化方面存在显著差异；同时，谷物会向植株其他部分发出信号，调节氮吸收。一些品种的效率明显更高，为育种提供了方向。

减少土壤氮损失：生物抑制硝化作用（BNI）

另一研究方向聚焦于减少氮肥在被植物吸收前从土壤中流失。报道指出，施肥后土壤微生物过程可能将植物可用的氮转化为更易流失或以气体形式排放的形态。但部分植物根系可产生化合物，减缓这一转化过程，使氮以植物可用形式保留更久，这一现象被称为生物抑制硝化作用（BNI）。

Bentley表示，BNI是植物的天然特性，最初在热带牧草中发现，后续研究显示多数重要作物也具备这一现象。CSIRO研究人员正通过育种增强BNI，筛选更能自然管理根际氮的品种。

冷等离子体种子处理：模拟闪电的启发

Bentley还介绍，CSIRO正在探索冷等离子体技术。闪电放电时会产生等离子态，打破氮的化学键并形成植物可利用形态。研究人员在实验室中用冷等离子体复制相关过程，使其能与生物材料相互作用而不产生闪电的破坏性高温。

报道称，相关研究将种子在播种前进行冷等离子体处理，目标是释放谷粒中结合态的氮，使其在幼苗萌发早期更可利用，从而在根系尚未充分发育、难以高效吸收肥料的关键几周内提供定向支持。Bentley表示，希望该方法能在作物生长初期形成“氮的爆发”，帮助幼苗度过根系尚不足以减少氮流失的阶段。

供应链压力凸显肥料安全与粮食安全关联

报道指出，合成氮肥在可预见的未来仍将是澳大利亚谷物生产的核心投入品，但多项研究正从育种提升效率、增强自然土壤过程以及开发新型种子处理技术等互补路径，寻求逐步降低对进口氮肥的依赖。

Bentley表示，减少对进口氮依赖的工具不会在短期内出现，需要持续、协调的农业科研投入以及对农业系统需求的长期视角。她还提到，供应链压力提醒市场，肥料安全与粮食安全密不可分；在与媒体交流时，她曾遇到对方未意识到面包价格与肥料之间存在关联。她认为，让这种联系被更多人理解具有重要意义。