既不能缺氮也不能过氮 粮食安全和环境保护如何兼顾？

  央广网北京11月10日消息（总台中国之声记者富赜）据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，农业中，氮肥为全球粮食生产贡献了约一半的力量，在保障全球粮食安全方面功不可没。

  然而，全球氮素的分布格局并不均衡，氮素流失的同时会导致严重的空气和水污染。一边是保粮食安全，另一边是保环境健康，氮素如何科学管理，成为了全球议题。

  在国家自然科学基金委员会与联合国环境规划署共同支持的国际合作研究项目的支持下，浙江大学环境与资源学院教授谷保静与非洲科学家展开合作，正在试图回答这一极具挑战性的问题。

  氮元素在我们的日常生活中发挥着怎样的作用？氮过量可能带来哪些危害？氮循环的路径是怎样的？中非国家合作，如何推动国家之间的均衡可持续发展？

  浙江大学环境与资源学院教授谷保静介绍，氮气是氮元素最常见的存在形态，在空气中约占78%。但空气中的氮气尤其稳定，很难被生物直接利用。

  氮循环主要从空气中的惰性氮气开始，一般是通过3种途径进入ECO：一是生产化肥，氮气与氢气反应生成氨，再硝化转成尿素，变成被人类利用的氮肥。二是汽车尾气，氮气与氧气在高温度高压力的气缸中反应生成氮氧化物。三是豆科作物固氮，豆科植物根部的根瘤菌是最常见的固氮微生物，它们能将大气中的氮转化为植物可通过的含氮化合物，促进植物生长。

  进入ECO中，一部分氮变成养分促进植物生长发育，一部分氮流失到空气、水体等环境中，或是累积在土壤里导致土壤酸化。流失在环境中的氮又发生迁移，比如，从河流上游迁移到下游，从农田、养殖场迁移到水体，并且也会挥发到空气中。随着空气下落，又随着西风带飘到近海区域。一旦进入水体，这些氮就发生价态的转化或生物驱动的化学反应过程，从铵态氮转化为硝态氮。硝态氮反硝化后又变成氮气或氧化氮排到空中，这就是氮循环的整个过程。

  谷保静介绍，氮排放主要可大致分为两类，一类是农业园，氮肥的使用以及养殖场的废弃物都有大量的氮流失；另一类是非农业园，如生活垃圾污水中含的氮以及燃烧化石能源排放出的氮氧化物。这也带来氮素污染的问题，主要体现在5个方面，总结起来就是“WAGES”。

  “W”指的是水污染，比如太湖水污染主要是氮素超标，造成了水体的富营养化等。

  “A”指的是空气污染，比如来源于农业园的氨气、来源于汽车尾气和电厂排放的氮氧化物等，这些物质构成了PM2.5的主要内容。

  “G”指的是温室气体，氧化亚氮带来的温室效应相当于300倍的二氧化碳，加剧南极的臭氧层空洞。

  “E”指的是生物多样性减少，空气中的氨与氮氧化物等污染物变成颗粒态沉降，落在生态系统中将导致生物多样性降低。我国每年化肥总氮量2000余万吨，空气沉降下来的氮就高达1000多万吨。

  “S”指的是土壤酸化，化肥水解产生的氨以及大气氮沉降的铵态氮，落在土壤和水体中就变成了硝酸根，释放出氢离子后就导致了土壤的酸化。

  面对碳素污染带来的问题，人类也在不断努力消除危害。谷保静介绍，对于农业园而言，过量的氮只是放错地方的资源，如果合理规划利用，不但可以降低污染，还可以增产。比如用机械精细化施肥，既减少氮流失还能提高产量，养殖场中也能够最终靠封闭储存发酵系统，降低氮污染，同时增加有机肥。对于非农业园而言，工厂能够最终靠电厂脱硝和三元催化脱硝等方式减少氮排放，污水处理厂也可提高排污标准。作为消费者，虽然不能直观感受到农业生产端的大量氮肥流失，但优化消费行为，尽量不浪费食物，对于减少氮排放也有很大的帮助。

  谷保静表示，氮素过量虽然会带来环境问题，但农业生产中也不能没有氮肥，氮素一旦降低，必然影响粮食产量，从而威胁粮食安全。在有关氮通量的研究上，我国将重点与非洲国家开展合作，既能减轻我国氮素过量的问题，也能帮助非洲解决粮食安全问题。未来，我国将持续与联合国环境规划署合作，推动化肥在全球的再分配，为全球可持续发展作出贡献。

  农业中，氮肥为全球粮食生产贡献了约一半的力量，在保障全球粮食安全方面功不可没。