既不能缺氮也不能過(guò)氮 糧食安全和環(huán)境保護(hù)如何兼顧?
央廣網(wǎng)北京11月10日消息(總臺(tái)中國(guó)之聲記者富賾)據(jù)中央廣播電視總臺(tái)中國(guó)之聲《新聞超鏈接》報(bào)道,農(nóng)業(yè)中,氮肥為全球糧食生產(chǎn)貢獻(xiàn)了約一半的力量,在保障全球糧食安全方面功不可沒(méi)。
然而,全球氮素的分布格局并不均衡,氮素流失的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣和水污染。一邊是保糧食安全,另一邊是保環(huán)境健康,氮素如何科學(xué)管理,成為了全球議題。
在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署共同支持的國(guó)際合作研究項(xiàng)目的支持下,浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授谷保靜與非洲科學(xué)家展開(kāi)合作,正在試圖回答這一極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。
氮元素在我們的日常生活中發(fā)揮著怎樣的作用?氮過(guò)量可能帶來(lái)哪些危害?氮循環(huán)的路徑是怎樣的?中非國(guó)家合作,如何推動(dòng)國(guó)家之間的均衡可持續(xù)發(fā)展?
氮循環(huán)如何進(jìn)行?
浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授谷保靜介紹,氮?dú)馐堑刈畛R?jiàn)的存在形態(tài),在空氣中約占78%。但空氣中的氮?dú)庥绕浞€(wěn)定,很難被生物直接利用。
氮循環(huán)主要從空氣中的惰性氮?dú)忾_(kāi)始,一般通過(guò)3種途徑進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng):一是生產(chǎn)化肥,氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)生成氨,再硝化轉(zhuǎn)成尿素,變成被人類利用的氮肥。二是汽車尾氣,氮?dú)馀c氧氣在高溫高壓的氣缸中反應(yīng)生成氮氧化物。三是豆科作物固氮,豆科植物根部的根瘤菌是最常見(jiàn)的固氮微生物,它們能將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為植物可以利用的含氮化合物,促進(jìn)植物生長(zhǎng)。
進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)中,一部分氮變成養(yǎng)分促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育,一部分氮流失到空氣、水體等環(huán)境中,或是累積在土壤里導(dǎo)致土壤酸化。流失在環(huán)境中的氮又發(fā)生遷移,比如,從河流上游遷移到下游,從農(nóng)田、養(yǎng)殖場(chǎng)遷移到水體,并且也會(huì)揮發(fā)到空氣中。隨著空氣下落,又隨著西風(fēng)帶飄到近海區(qū)域。一旦進(jìn)入水體,這些氮就發(fā)生價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化或生物驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,從銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。硝態(tài)氮反硝化后又變成氮?dú)饣蜓趸诺娇罩?,這就是氮循環(huán)的整個(gè)過(guò)程。
氮素流失有哪些危害?
谷保靜介紹,氮排放主要可以分為兩類,一類是農(nóng)業(yè)園,氮肥的使用以及養(yǎng)殖場(chǎng)的廢棄物都有大量的氮流失;另一類是非農(nóng)業(yè)園,如生活污水中含的氮以及燃燒化石能源排放出的氮氧化物。這也帶來(lái)氮素污染的問(wèn)題,主要表現(xiàn)在5個(gè)方面,總結(jié)起來(lái)就是“WAGES”。
“W”指的是水污染,比如太湖水污染主要是氮素超標(biāo),造成了水體的富營(yíng)養(yǎng)化等。
“A”指的是空氣污染,比如來(lái)源于農(nóng)業(yè)園的氨氣、來(lái)源于汽車尾氣和電廠排放的氮氧化物等,這些物質(zhì)構(gòu)成了PM2.5的主要內(nèi)容。
“G”指的是溫室氣體,氧化亞氮帶來(lái)的溫室效應(yīng)相當(dāng)于300倍的二氧化碳,加劇南極的臭氧層空洞。
“E”指的是生物多樣性減少,空氣中的氨與氮氧化物等污染物變成顆粒態(tài)沉降,落在生態(tài)系統(tǒng)中將導(dǎo)致生物多樣性降低。我國(guó)每年化肥總氮量2000余萬(wàn)噸,空氣沉降下來(lái)的氮就高達(dá)1000多萬(wàn)噸。
“S”指的是土壤酸化,化肥水解產(chǎn)生的氨以及大氣氮沉降的銨態(tài)氮,落在土壤和水體中就變成了硝酸根,釋放出氫離子后就導(dǎo)致了土壤的酸化。
氮素管理,我們?cè)撛趺醋觯?/strong>
面對(duì)碳素污染帶來(lái)的問(wèn)題,人類也在不斷努力消除危害。谷保靜介紹,對(duì)于農(nóng)業(yè)園而言,過(guò)量的氮只是放錯(cuò)地方的資源,如果合理利用,不僅可以降低污染,還可以增產(chǎn)。比如用機(jī)械精細(xì)化施肥,既減少氮流失還能提高產(chǎn)量,養(yǎng)殖場(chǎng)中也可以通過(guò)封閉儲(chǔ)存發(fā)酵系統(tǒng),降低氮污染,同時(shí)增加有機(jī)肥。對(duì)于非農(nóng)業(yè)園而言,工廠可以通過(guò)電廠脫硝和三元催化脫硝等方式減少氮排放,污水處理廠也可提高排污標(biāo)準(zhǔn)。作為消費(fèi)者,雖然不能直觀感受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)端的大量氮肥流失,但優(yōu)化消費(fèi)行為,盡量不浪費(fèi)食物,對(duì)于減少氮排放也有很大的幫助。
谷保靜表示,氮素過(guò)量雖然會(huì)帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題,但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也不能沒(méi)有氮肥,氮素一旦降低,必然影響糧食產(chǎn)量,從而威脅糧食安全。在有關(guān)氮通量的研究上,我國(guó)將重點(diǎn)與非洲國(guó)家開(kāi)展合作,既能減輕我國(guó)氮素過(guò)量的問(wèn)題,也能幫助非洲解決糧食安全問(wèn)題。未來(lái),我國(guó)將持續(xù)與聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署合作,推動(dòng)化肥在全球的再分配,為全球可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
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