揭开大气氨污染源的神秘面纱(图)

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关于大气中的氨气,第一份全球性的长期卫星研究揭开了世界上四个最具农业生产力的地区这一“热点”污染物的面纱。使用来自NASA大气红外探测器(AIRS)的卫星数据,美国马里兰大学领衔的科研团队发现,2002—2016年,氨浓度在美国、欧洲、中国和印度稳步上升。

这项研究发表在近期的《地球物理研究通讯》上,还描述了各地区大气氨含量增加的可能原因。尽管各地具体情况不尽相同,但大体上说,氨的增加与作物肥料、畜禽废弃物、大气化学变化、增温土壤有关系。

大气氨含量增加与空气、水质量差相关。研究结果或有助于启迪人们控制农业地区氨污染、氨副产品的管理策略。

马里兰大学大气和海洋科学专家Juying Warner表示,“从地面测量氨是困难的,但团队开发的以卫星为基础的方法使我们更有效、更准确地追踪它。我们希望这一结果更好地帮助人们进行氨排放管理。”

气态氨是地球氮循环的一个自然部分,但过量氨对植物有害,并降低空气和水质量。在对流层,它与硝酸、硫酸反应,形成危害人体健康的硝酸盐颗粒;进入湖泊、溪流和海洋,造成富营养化,形成低氧水平的“死亡地带”。

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Juying Warner供图

“很少有氨是从排气管、烟囱中来的,主要是农业领域,来自肥料、畜牧。”马里兰大学教授Russell Dickerson说,“它对生态系统产生深远影响。在切萨皮克湾氨污染中,大气中的氨贡献了1/4,造成了富营养化,导致了使牡蛎、蓝蟹和其他野生动物生活变困难的‘死亡地带’”。

该研究中涉及的每个主要农业区2002—2016年的氨增加都有着不同的原因。例如美国,没有经历肥料使用量的大幅增加或化肥施用方式的重大变化,但Warner、Dickerson等人发现,20世纪90年代通过立法来减少酸雨竟意想不到地增加了大气中的氨,因大气中的酸通常会去除氨。

在4个主要农业生产区,欧洲经历了最戏剧性的氨含量变化。研究人员认为,这很大程度上是因为对富氨肥料的成功限制和改善动物粪便处理的做法。另外和美国一样,也与大气中酸性物质有关。

中国大气中氨增加的原因复杂且互相作用。该研究者认为,限制二氧化硫——硫酸的关键前体的努力或许是一个责任因素。但中国从2002年开始也大力拓展了农业活动,增加了含氨肥料和动物粪便中氨的排放量。农业土壤变暖也与氨增加有关。

“氨增加让悬浮颗粒着陆中国,而它是北京冬季厚厚的雾霾的主要贡献者。”Warner说,“肉类日渐成为中餐饮食一个更受欢迎的部分。随着饮食由素食为主向肉食转变,氨排放量将继续上升。”

在印度,化肥的大量使用加上牲畜粪便累积,导致了世界上最高浓度的大气氨。但研究人员也注意到,氨增加的速度没有其他地区快。他们认为可能是由于酸雨前体的排放量增加。

研究人员将所有上述地区氨增加的一部分原因归于气候变化。氨更容易从温暖的土地里挥发出来,而每个地区的土壤自2002年以来呈现出一年年变暖的趋势。

“这些分析为我们假设一段时间内大气究竟发生了什么提供了第一份证据。”Warner表示,“我们希望从其他来源如联合极轨卫星系统获得更多数据,以便将来建立更清晰的画面。”

Warner、Dickerson等人希望更好地了解大气中的氨后,帮助政策制定者平衡高需求的农业与环境保护之间的关系。

Dickerson表示,人口日益增长,食物特别是肉食需求也在上升,这意味着农民和牧场主需要更多的肥料,也就造成了干净的空气和水更难以维持,“智慧农业的实践或许可减少排放温室气体,帮助避免不利影响”。

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