食物链养分流动引发的氮污染是全球面临的重大而急迫的环境问题。目前,食物氮污染研究已成为全球氮循环研究的前沿和热点科学问题。食物生产消费系统的氮素流动研究在控制食物链氮素排放强度、促进氮素可持续管理等方面起到重要的作用。本文以上海市为研究区域,基于N-Calculator模型估算2000–2018年上海市人均食物氮足迹(包括食物生产和消费氮足迹),并基于物质流模型计算和分析2000–2018年上海市食物链农田生产系统、禽畜养殖系统和食物消费系统各阶段活性氮输入和输出变化及造成的环境负荷量。本研究取得的主要研究结果包括:(1)基于N-Calculator模型研究表明,2000–2018年上海市人均食物氮足迹在18.10–21.60 kg/a之间波动。其中,人均消费氮足迹是人均食物氮足迹的主要部分,且人均食物氮足迹与人均食物消费量显著正相关。近年来,人均肉类、水产品荤食食物消费量的增长是上海市人均食物氮足迹增长的主要原因。经ARIMA模型预测,2019–2024年上海市人均食物氮足迹将由21.95 kg N/a缓慢增长至23.71 kg N/a,接近发达国家的高氮水平。当前上海市的食物消费模式不利于食物生产消费系统的低氮化发展。(2)上海市食物氮足迹总量与人均可支配收入、人口密度呈显著正相关,与恩格尔系数呈负相关,与食物价格指数的相关性较弱。另外,根据中国膳食指南标准和上海市人均食物氮足迹情况,居民须提高蔬菜、瓜果素食类和蛋奶类副食食物的摄取量,降低粮食、肉类、水产品高氮型食物的摄取量,促进居民营养均衡,减少高氮食物消费导致的环境氮污染。(3)基于物质流模型研究表明,就农田生产系统而言,2000–2018年农业种植面积下降了约49.34%,活性氮输入量减少了约59.07%,单位种植面积活性氮输入量平均为457.20 kg N/hm~2,近年来有增长的趋势;以氨挥发为主的大气氮负荷是农田生产系统环境氮负荷的主要形式。这警示上海市仍需加强对农田作物生产系统的氮管理。就畜禽养殖系统而言,由于政府控制禽畜养殖数量,2000–2018年活性氮输入量下降了约73.79%;禽畜粪尿损失导致的水体氮负荷是畜禽养殖系统环境氮负荷的主要形式,单位动物环境氮负荷量从0.19 kg N/p上涨至0.45kg N/p。这警示上海市仍需加强对畜禽粪尿的氮管理。就食物消费系统而言,近年来上海市居民消费结构逐渐倾向于高氮化和多样化,活性氮输入总量增长了约65.56%;水体是食物消费系统氮素排放最主要的汇,人体粪尿的直接排放、粪尿污水的尾水排放是环境氮负荷的主要环节。因此,资源化利用污水是减少上海市食物消费系统环境氮负荷的首要任务。经比较,农田生产系统活性氮的输入量和环境氮负荷量是上海市食物生产消费系统活性氮输入总量和环境氮负荷总量的主要来源。(4)基于情景模拟量化农业种植面积、人口增长、饮食结构、畜禽养殖数量对食物生产消费系统活性氮输入量的贡献,发现其贡献率分别为-67.43%–-100.14%、1.10–23.52%、-11.34%–12.58%、-4.70–-23.80%。另外,目前,上海市食物生产消费系统活性氮利用效率和资源化利用水平总体高于我国平均水平,但农田生产系统活性氮利用率(18.43–27.6%)还有较大的发展空间。此外,通过计算上海市食物活性氮盈缺量和盈缺率,发现上海市食物消费主要依靠外地输入,尤其是动物型食物。因此,提高上海市食物生产消费系统的活性氮利用率、保障粮食安全刻不容缓。(5)通过对比N-Calculator和物质流模型的研究结果发现,物质流模型对研究上海市食物链系统各个环节活性氮的收支情况更具有适用性;N-Calculator模型对研究上海市食物消费行为造成的环境氮损失情况更具有适用性。