眼見著天氣日漸轉(zhuǎn)冷，PM2.5導致的污染再次進入公眾視野。全球許多國家和地區(qū)都把PM2.5污染防治列為環(huán)境保護的優(yōu)先事項。以往大家談論較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來源的另一重要“元兇”的氮素也引起了越來越多的關(guān)注。
在長達四年多的研究中，浙江大學環(huán)境與資源學院百人計劃研究員谷保靜聯(lián)合國際團隊，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（N-share）及其健康效應，并結(jié)合模型分析控制氮排放來減緩PM2.5污染健康效應的路徑和成本，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間11月5日，刊登在國際頂級期刊《科學》上。論文第一和通訊作者為浙江大學谷保靜研究員，北京大學張霖研究員和英國生態(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。氮氧化物主要來自城市生產(chǎn)活動，氨則主要來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。
自從上世紀20年代有了工業(yè)合成氨，化肥就應運而生，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)中貢獻很大，有數(shù)據(jù)顯示貢獻率可以達到50%左右，對全球糧食生產(chǎn)發(fā)揮著重要作用。
“之前普遍認為PM2.5污染主要來自城市。其實，雖然氨主要來自于農(nóng)村，但是也會傳輸?shù)匠鞘?，與氮氧化物、硫等元素反應產(chǎn)生PM2.5，造成空氣污染?！?/p>
圖：氨氣與氮氧化物、硫等元素反應產(chǎn)生PM2.5
氮元素就是這樣一把讓人又愛又恨的雙刃劍。有數(shù)據(jù)顯示，全球因為氮排放帶來的PM2.5污染導致人類總生命年損失（因病早亡與預期壽命之間的差值）從1990年的1950萬增加到2013年的2330萬生命年。怎樣在合理范圍內(nèi)對氮排放進行有效控制呢？第一步就是需要能準確評估出氮素對空氣污染的影響。
然而，氮素不像碳素對氣候變化影響那樣全球“通行”，相對來說受各國氣候條件、人口密度等影響大而顯示出較強的區(qū)域性，目前還沒有一套全球統(tǒng)一的評估體系，亟需一種通用的方法來比較不同國家地區(qū)氮排放帶來的健康影響，為在全球范圍內(nèi)通過氮素管理控制PM2.5污染提供科學依據(jù)。
氨減排性價比更高
谷保靜等研究人員利用GEOS-Chem、EMEP-WRF和TM5-FASST大氣化學傳輸與健康效應估算模型，分析氨和氮氧化物在全球PM2.5污染形成中的貢獻(N-share)及其健康效應，并結(jié)合GAINS模型分析控制氮排放來減緩PM2.5污染健康效應的路徑和成本。
谷保靜團隊的研究表明，氨在PM2.5的影響力是被低估的：“過去在計算污染物的重要性時常常使用質(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%的氨被嚴重忽視。為此，我們以化學反應的摩爾占比來重新考慮問題。通過數(shù)據(jù)模型，我們發(fā)現(xiàn)當?shù)嘏欧艦?不參加所有化學反應時，PM2.5會下降約40%?！?/p>
圖：全球N-share的變化
同時通過計算，聯(lián)合研究團隊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指標量化全球不同國家氮排放對PM2.5健康效應的貢獻，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。
圖：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科領(lǐng)域，這樣很難從策略上看清，我們團隊成員學科背景各不相同，可以通過交叉研究的方式把幾個方面結(jié)合起來一起考慮，從而找到更恰當?shù)姆治龇椒?。?/p>
對于下一階段的控氮，谷保靜認為，在現(xiàn)有控制氮氧化物排放的基礎(chǔ)上，加大對氨排放的控制，對緩解PM2.5空氣污染具有重要意義?！耙龑Э諝庵卫韽某鞘袨橹鬓D(zhuǎn)為城鄉(xiāng)協(xié)同。具體來說，可以通過推動種植業(yè)的規(guī)模化以促進優(yōu)化施肥，這樣估計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)殖場周邊配套農(nóng)田，以便有機肥能直接使用于農(nóng)田，避免堆積后氨排放到空氣中?！?/p>
《科學》雜志社同期還邀請了國際氮素研究領(lǐng)域知名教授Jan Willem Erisman，以“氨如何供養(yǎng)以及污染這個世界”為題進行專題評論，指出現(xiàn)在減排氨比隨后再去解決其后果更加便宜。
《科學》資深編輯Jesse Smith教授，評論該研究“小東西更重要”(Little things matter)，意指氨氣分子雖小，但是作用卻很大。
研究工作受到國家自然科學基金項目(41822701, 42061124001, 41773068, 41922037, 41721001)等的資助，聯(lián)合國環(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。
（文 吳雅蘭 柯溢能/攝影 盧紹慶）
