過去幾十年來大氣氨排放與農業(yè)生產活性氮過量使用密切相關,然而,全球農業(yè)系統(tǒng)哪些作物或動物具有高氨排放潛力、農業(yè)氨排放如何影響全球氮沉降的時空格局尚不清楚。
3月28日,蘭州大學資源環(huán)境學院氮循環(huán)研究團隊在美國《國家科學院院刊》在線發(fā)表題為《探索1980年以來全球農業(yè)氨排放變化及其對氮沉降的貢獻》的成果,在全球尺度量化了主要作物和動物類型對農業(yè)氨排放的貢獻,回答了目前農業(yè)系統(tǒng)氨的主要排放源,對準確認識全球農業(yè)氨污染提供了重要數(shù)據(jù)支撐。蘭州大學研究員劉磊為論文第一作者和通訊作者,中國農業(yè)大學教授劉學軍為共同通訊作者。
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團隊基于多源地理空間數(shù)據(jù)(包括農田施肥、畜牧業(yè)養(yǎng)殖、遙感活性氮濃度等)和區(qū)域統(tǒng)計數(shù)據(jù),建立了自下而上的農業(yè)氨排放計算方法,開發(fā)了全球近四十年(1980年—2018年)的長記錄農業(yè)氨排放數(shù)據(jù)集。
研究發(fā)現(xiàn)近40年全球農業(yè)系統(tǒng)(包括農田和畜牧業(yè))氨排放量增加了78%,其中農田氨排放量增加了128%,畜牧業(yè)氨排放量增加了45%。全球三種主要作物(小麥、玉米和水稻)和四種主要動物(牛、雞、羊和豬)占氨排放總量的70%以上。
研究團隊基于構建的長時序農業(yè)氨排放數(shù)據(jù)集,驅動了全球大氣化學模型GEOS-Chem,系統(tǒng)評估了全球1980年來農業(yè)氨排放對氮沉降時空格局的影響。他們發(fā)現(xiàn)歐盟是全球氨態(tài)氮沉降1980年來下降的唯一區(qū)域,下降了約16%,其主要原因是歐盟已將氨排放控制列入空氣污染防治政策,并制定了一系列針對性農業(yè)氨減排措施。
然而,除了歐盟,目前全球大部分國家都尚未對氨排放進行嚴格管控,導致全球陸地氨態(tài)氮沉降增加了72%,其中氨態(tài)氮沉降占總沉降的比例從1980年的41%上升到2018年的54%。
基于產量—氮肥反饋關系模型,發(fā)現(xiàn)在維持現(xiàn)有農作物產量不變的前提下全球氮肥使用可降低38%,其中三種主要作物(小麥、玉米和水稻)約占氮肥過量使用的72%。氮肥使用過量約占農業(yè)(農田和畜牧業(yè))氨排放的11%,中國、印度和美國氮肥過量使用分別占各國農業(yè)氨排放的31%、25%和22%;氮肥過量使用占全球氮沉降總量的10%,中國、印度和美國氮肥過量使用占各國氮沉降總量的10%—20%。除了種植業(yè)外,畜牧業(yè)系統(tǒng)的合理管控可進一步減少農業(yè)氨排放,例如酸化抑氨、密閉控氨、回收固銨等。盡管西歐國家(如丹麥和荷蘭)已經采取了農業(yè)氮管理措施并制定了氨排放控制政策,但中國、印度、美國等在解決農業(yè)氨污染方面仍缺乏相關政策支持。
研究認為,未來如果不加強對氨排放管控,氨態(tài)氮在全球氮沉降中將占有更大比重。該研究為農業(yè)氨污染相關政策制定提供了重要的科學依據(jù),這對實現(xiàn)《科倫坡宣言》目標,將全球氮素污染減半具有重要意義。(作者:溫才妃 甘曉)
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