Closing the Nitrogen Gap: Emissions, Efficiency, and Sensor-Based Monitoring in Agricultural Systems

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a comprehensive review of nitrogen management, ammonia synthesis decarbonization, and sensor technologies, highlighting complementary effects and monitoring gaps for future research.

🏢実務担当者:Agricultural companies can apply the nitrogen use efficiency strategies and sensor technologies discussed to reduce emissions and improve sustainability reporting.

🏛政策担当者:Policymakers should consider integrated approaches that link field nitrogen budgets, production emissions, and monitoring, and shift incentives from fertilizer use to pollution reduction to align with NDCs.

世界の食料需要は2010年から2050年の間に約56パーセント増加すると予測されており、施用された窒素の約半分しか作物に回収されず、残りは真の環境損失と土壌・バイオマスプール内への保持に分かれる時期に、合成窒素肥料への依存を強めている。真に損失となる割合は、 substantialな経済的コストを生み出し、二酸化炭素をはるかに上回る温暖化係数を持つ温室効果ガスである世界の亜酸化窒素排出に不均衡に寄与している。本レビューは、農学的・遺伝的・微生物的アプローチを網羅する窒素利用効率戦略、従来型からグリーン生産経路に至るアンモニア合成の脱炭素化経路、農業環境におけるアンモニアおよび亜酸化窒素排出を監視するためのガスセンシング技術という、相互依存的ないくつかの領域にわたる最近の文献を統合するものである。これらの領域を別々に扱うのではなく、本レビューは、排出全体に対するそれらの影響が相補的であり、厳密に相加的ではなく潜在的に複合的に作用することを提案する。効率改善は生産排出の対象となる総肥料量を削減する一方、よりクリーンな生産は圃場での窒素損失を相殺できない。複合的な便益の正確な程度は、各農業システム内における圃場排出と生産排出の相対的な割合に依存する。もう一つの重要な発見は、監視の準備状況における顕著な非対称性である。アンモニアセンシングは、検出および濃度監視において圃場展開可能な成熟度に達している。対照的に、亜酸化窒素センシングは、そのガスが気候変動に大きく寄与しているにもかかわらず、感度と長期安定性における未解決の課題によって制約されたままである。この非対称性は、農場および地域規模での緩和成果の検証を制限する。本レビューはさらに、介入効果が調査対象の文脈における農場構造に依存すること、世界の窒素政策が汚染削減よりも利用促進に重点を置いたままであること、そしてここで調査されたエビデンスベースが地理的に不均一であることを特定している。これらの知見は、増大する食料生産と温室効果ガス削減目標を調和させるには、圃場の窒素収支、生産排出、監視能力を結びつける統合的枠組みと、それらの相互依存性を考慮して設計された政策手段が必要であることを示している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Global food demand is projected to rise by approximately 56 percent between 2010 and 2050, intensifying reliance on synthetic nitrogen fertilizer during a time when only about half of all applied nitrogen is recovered by crops, with the remainder split between genuine environmental loss and retention within soil and biomass pools. The fraction that is genuinely lost drives substantial economic costs and contributes disproportionately to global nitrous oxide emissions, a greenhouse gas with a warming potential far exceeding that of carbon dioxide. This review synthesizes recent literature across three interdependent domains including nitrogen use efficiency strategies spanning agronomic, genetic, and microbial approaches, decarbonization pathways for ammonia synthesis ranging from conventional to green production routes, and gas sensing technologies for monitoring ammonia and nitrous oxide emissions in agricultural settings. Rather than treating these domains separately, this review proposes that their effects on overall emissions are complementary and potentially compounding rather than strictly additive. Efficiency improvements reduce the total fertilizer volume subject to production emissions, while cleaner production cannot offset nitrogen loss in the field. The exact extent of any combined benefit depends on the relative proportion of field emissions and production emissions within each farming system. Another important finding is the pronounced asymmetry in monitoring readiness. Ammonia sensing has reached field-deployable maturity for detection and concentration monitoring. In contrast, nitrous oxide sensing remains constrained by unresolved challenges in sensitivity and long-term stability despite the gas’s significant contribution to climate change. This asymmetry limits the verification of mitigation outcomes at farm and regional scales. The review further identifies that intervention effectiveness depends on farm structure in the studied context, that global nitrogen policy remains weighted toward incentivizing use rather than reducing pollution, and that the evidence base surveyed here is geographically uneven. Together, these findings indicate that reconciling rising food production with greenhouse gas reduction targets requires integrated frameworks linking field nitrogen budgets, production emissions, and monitoring capability, alongside policy instruments designed around their interdependence.

• openalex https://doi.org/10.3390/nitrogen7030074first seen 2026-07-17 05:15:13