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眼見著天氣日漸轉(zhuǎn)冷，PM2.5導(dǎo)致的污染再次進(jìn)入公眾視野。全球許多國(guó)家和地區(qū)都把PM2.5污染防治列為環(huán)境保護(hù)的優(yōu)先事項(xiàng)。以往大家談?wù)撦^多的是其中的硫元素，隨著環(huán)保研究的不斷深入，作為PM2.5來(lái)源的另一重要“元兇”的氮素也引起了越來(lái)越多的關(guān)注。

在長(zhǎng)達(dá)四年多的研究中，浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院百人計(jì)劃研究員谷保靜聯(lián)合國(guó)際團(tuán)隊(duì)，首次分析了氨氣(NH3)和氮氧化物(NOx)在全球PM2.5污染形成中的貢獻(xiàn)（N-share）及其健康效應(yīng)，并結(jié)合模型分析控制氮排放來(lái)減緩PM2.5污染健康效應(yīng)的路徑和成本，研究發(fā)現(xiàn)，全球PM2.5污染治理中氨氣減排比氮氧化物減排更有效。這一研究成果于北京時(shí)間11月5日，刊登在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》上。論文第一和通訊作者為浙江大學(xué)谷保靜研究員，北京大學(xué)張霖研究員和英國(guó)生態(tài)水文中心Mark Sutton教授為論文的共同通訊作者。

一把讓人又愛(ài)又恨的雙刃劍

氮元素跟我們的生活密切相關(guān)，大氣中的活性氮主要包括氨氣(NH3)和氮氧化物(NOx)兩類，而這兩者恰恰就是形成PM2.5的重要前體物。氮氧化物主要來(lái)自城市生產(chǎn)活動(dòng)，氨則主要來(lái)自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。自從上世紀(jì)20年代有了工業(yè)合成氨，化肥就應(yīng)運(yùn)而生，農(nóng)民們得以徹底擺脫了“靠天吃飯”。氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中貢獻(xiàn)很大，有數(shù)據(jù)顯示貢獻(xiàn)率可以達(dá)到50%左右，對(duì)全球糧食生產(chǎn)發(fā)揮著重要作用。

▲氨氣與氮氧化物、硫等元素反應(yīng)產(chǎn)生PM2.5

“之前普遍認(rèn)為PM2.5污染主要來(lái)自城市。其實(shí)，雖然氨主要來(lái)自于農(nóng)村，但是也會(huì)傳輸?shù)匠鞘?，與氮氧化物、硫等元素反應(yīng)產(chǎn)生PM2.5，造成空氣污染?！惫缺ｌo研究員說(shuō)，氮元素就是這樣一把讓人又愛(ài)又恨的雙刃劍。有數(shù)據(jù)顯示，全球因?yàn)榈欧艓?lái)的PM2.5污染導(dǎo)致人類總生命年損失（因病早亡與預(yù)期壽命之間的差值）從1990年的1950萬(wàn)增加到2013年的2330萬(wàn)生命年。怎樣在合理范圍內(nèi)對(duì)氮排放進(jìn)行有效控制呢？第一步就是需要能準(zhǔn)確評(píng)估出氮素對(duì)空氣污染的影響。

然而，氮素不像碳素對(duì)氣候變化影響那樣全球“通行”，相對(duì)來(lái)說(shuō)受各國(guó)氣候條件、人口密度等影響大而顯示出較強(qiáng)的區(qū)域性，目前還沒(méi)有一套全球統(tǒng)一的評(píng)估體系，亟需一種通用的方法來(lái)比較不同國(guó)家地區(qū)氮排放帶來(lái)的健康影響，為在全球范圍內(nèi)通過(guò)氮素管理控制PM2.5污染提供科學(xué)依據(jù)。

氨減排性價(jià)比更高

谷保靜等研究人員利用GEOS-Chem、EMEP-WRF和TM5-FASST大氣化學(xué)傳輸與健康效應(yīng)估算模型，分析氨和氮氧化物在全球PM2.5污染形成中的貢獻(xiàn)(N-share)及其健康效應(yīng)，并結(jié)合GAINS模型分析控制氮排放來(lái)減緩PM2.5污染健康效應(yīng)的路徑和成本。

▲全球N-share的變化

谷保靜團(tuán)隊(duì)的研究表明，氨在PM2.5的影響力是被低估的：“過(guò)去在計(jì)算污染物的重要性時(shí)常常使用質(zhì)量占比的角度去分析，這讓質(zhì)量只占PM2.5總質(zhì)量不足10%的氨被嚴(yán)重忽視。為此，我們以化學(xué)反應(yīng)的摩爾占比來(lái)重新考慮問(wèn)題。通過(guò)數(shù)據(jù)模型，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)嘏欧艦?不參加所有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，PM2.5會(huì)下降約40%?！蓖瑫r(shí)通過(guò)計(jì)算，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)還做出了健康效率模型和生命損失金錢估算，首次構(gòu)建了N-share指標(biāo)量化全球不同國(guó)家氮排放對(duì)PM2.5健康效應(yīng)的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)全球PM2.5污染治理中氨減排比氮氧化物減排更有效而且成本更低。

▲全球減排50%氮排放的成本收益

“傳統(tǒng)的研究是被割裂在各自的學(xué)科領(lǐng)域，這樣很難從策略上看清，我們團(tuán)隊(duì)成員學(xué)科背景各不相同，可以通過(guò)交叉研究的方式把幾個(gè)方面結(jié)合起來(lái)一起考慮，從而找到更恰當(dāng)?shù)姆治龇椒??！睂?duì)于下一階段的控氮，谷保靜認(rèn)為，在現(xiàn)有控制氮氧化物排放的基礎(chǔ)上，加大對(duì)氨排放的控制，對(duì)緩解PM2.5空氣污染具有重要意義?！耙龑?dǎo)空氣治理從城市為主轉(zhuǎn)為城鄉(xiāng)協(xié)同。具體來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)推動(dòng)種植業(yè)的規(guī)?；源龠M(jìn)優(yōu)化施肥，這樣估計(jì)能夠減少三分之一的化肥使用量和一半左右的氨排放；另一方面要在養(yǎng)殖場(chǎng)周邊配套農(nóng)田，以便有機(jī)肥能直接使用于農(nóng)田，避免堆積后氨排放到空氣中?！?/p>

《科學(xué)》雜志社同期還邀請(qǐng)了國(guó)際氮素研究領(lǐng)域知名教授Jan Willem Erisman，以“氨如何供養(yǎng)以及污染這個(gè)世界”為題進(jìn)行專題評(píng)論，指出現(xiàn)在減排氨比隨后再去解決其后果更加便宜?！犊茖W(xué)》資深編輯Jesse Smith教授，評(píng)論該研究“小東西更重要”(Little things matter)，意指氨氣分子雖小，但是作用卻很大。

據(jù)了解，該研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41822701, 42061124001, 41773068, 41922037, 41721001)等的資助，聯(lián)合國(guó)環(huán)境署氮素管理系統(tǒng)(International Nitrogen Management System，INMS)工作組給與了本研究技術(shù)支持。

作者：劉海波 吳雅蘭 柯溢能

圖片: 盧紹慶

編輯：付鑫鑫

責(zé)任編輯：蔣萍