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仅在美国，每年因空气污染而死亡的人就有11.5万人，是机动车死亡人数的三倍多。根据世界卫生组织(World Health Organization)的数据，2012年，全球约有700万人死于空气污染。近几十年来，美国和其他发达国家已采取重大措施，减少烟囱和排气管的污染排放。然而，令人惊讶的是，有害空气污染颗粒的来源——牲畜粪便和合成肥料排放的氨——在美国、亚洲和欧洲的部分地区继续增长。

“当人们想到空气质量的(威胁)时，他们想到的是工厂、发电厂和交通。但农业也是降低空气质量的一个重要因素，”明尼苏达大学生物产品和生物系统工程副教授杰森·希尔说。希尔和其他专家说，潜在的解决方案将取决于行业、社会和政府监管机构的努力。

农业氨排放的科学

微小的空气污染颗粒可以深入肺部，甚至进入血液。对于老年人和患有哮喘和心脏病等潜在疾病的人来说，它们会使心脏和呼吸问题恶化，甚至可能导致死亡。

这些微小的颗粒物质——大约是人类头发宽度的1/30——被称为PM2.5，有很多来源。发电厂、工厂和汽车可以将这些颗粒——以及这些颗粒的前体——泵入空气中。自然事件，如森林火灾，也会产生同样的影响。有时，当气态化学物质在大气中发生反应时，就会形成PM2.5。氨，一种氮基化合物，就是这些化学物质之一。

在过去的70年里，全球氨的排放量从每年23太克增加到60太克，增加了一倍多。(一个teragram是10亿公斤或22亿磅。)研究人员表示，这一增长在很大程度上是由于农业中氨排放的增加。我们种植作物的能力依赖于氮，这是一种重要的植物养分。但过量的氮会带来麻烦。动物粪便和过量肥料中的氮可以转化为气态氨。事实上，在美国和加拿大，农业排放的氨占所有氨排放的四分之三以上。

当氨进入大气时，它与来自附近车辆、发电厂和工厂的空气污染物(主要是氮和硫氧化物化合物)结合，形成PM2.5，可以在大气中传播很长一段距离。这就是美国某一地区的氨排放如何影响下风地区的空气质量。

几年前,一组科学家由乔斯Lelieveld,德国马克斯普朗克化学研究所研究员,表明农业排放的最大贡献者PM2.5在欧洲、日本、韩国、俄罗斯、土耳其和美国东部,和人死于空气污染的主要原因在德国,日本,俄罗斯,土耳其和乌克兰。他们估计，在全球范围内，通过消除农业空气排放，可避免五分之一与pm2.5相关的死亡。

弗吉尼亚大学的生物地球化学家詹姆斯·加洛韦(James Galloway)研究氮在环境中的循环，他说:“在种植食物和大气中氨基小颗粒之间有非常紧密的联系。”

联合国粮食及农业组织驻罗马牲畜政策官员卡罗琳·奥皮奥（Carolyn Opio）说，解决氨排放问题的技术已经存在。研究人员正在研究如何以不损害我们生产粮食能力的方式应用这些技术。

肥料管理

研究人员估计，畜牧业生产约占农业相关氨排放的三分之二，而氮肥的使用约占三分之一。

科罗拉多州立大学(Colorado State University)的大气科学家杰夫·科利特(Jeff Collett)说，减少牲畜氨排放的一种方法可能是，首先通过降低动物饲料中的蛋白质含量来减少进入动物粪便的氮量。在一个完美高效的系统中，每一个氮原子都会用来生产更多的奶牛(或牛奶)。事实上，大量的蛋白质会作为废物排出体外，而随着蛋白质摄入量超过饮食需求，排泄的部分会增加。Opio说:“饲料中高达80%的氮流失到了环境中。”粪便中50%以上的氮以氨的形式存在，氨很容易挥发并进入大气。

国家猪肉生产者委员会发言人迈克尔·福米卡（Michael Formica）表示，多年来，养猪业一直在调整猪饲料中富含氮的大豆与富含碳水化合物的玉米的比例。目标是降低成本，因为蛋白质通常是饲料中最昂贵的部分。饲料越来越有针对性，因此nitr也越来越受关注福米卡说，猪粪中的激素含量现在比过去“低得多”。

留在肥料中的氮是有用的肥料。诀窍是让它远离空气，这样它就可以滋养植物。

Lelieveld说，在肥料扩散到农田之前更好地储存肥料的技术可能会有所帮助。2017年，Lelieveld和他的同事对减少农业氨排放的不同选择进行了全球成本效益分析。他们估计，全球农业氨排放减少50%，就可以在59个国家每年防止20多万人死亡。深的、有盖的坑——无论是在牲畜住房下面，还是在外面的地下、混凝土内衬的储存罐里——确保比露天坑、堆或池塘里的粪肥更少地接触到空气。研究人员发现，在欧盟广泛采用更好的粪肥储存方式——在粪坑上使用混凝土、波纹铁或聚酯帽——单在欧盟就能减少80%的氨排放。

与此同时，据Opio说，在低收入和中等收入国家，粪肥的一个大问题是，拥有粪肥的农民与需要粪肥的农民没有很好的联系。“他们缺乏交换肥料的基础设施，”她说。结果，农民们消耗了合成肥料，而宝贵的肥料却被浪费了。因此，Opio说，发展中国家应该把重点放在能力建设和教育农民了解经济共同利益——农民从这些做法中可以获得什么。

当使用粪肥作为肥料时，一些技术比其他技术产生更低的氨排放。将肥料注入土壤的技术——例如，注入或带状施用——通常比在土壤表面喷洒或播撒肥料产生的排放更少。

在正确的时间施用肥料也能起到作用。在科罗拉多州，一个早期预警系统提醒家畜养殖者某些天气模式更有可能将氨排放到落基山脉。Collett说:“也许你改变了你的钢笔清洁时间表，或者你等上一两天再移动，或者撒一大堆肥料，或者你改变了给新作物施肥的时间。”

他说，这种自愿行动为减少落基山国家公园有害的氮沉降提供了一些可能性。Collett说，可以设计一个类似的系统，在环境更有利于有害颗粒形成的日子里减少排放，以保护公众健康。他说，尽管这种基于预警的系统有助于减少排放影响，并有助于让利益攸关方社区讨论和考虑自愿解决氮沉降挑战的方案，但它们不太可能满足减轻排放的全部需要。

人工肥料

对田间使用的合成氮肥类型稍加调整也可以减少氨的排放。希尔和同事们表明，对于柳枝稷生产而言，从一种氮肥类型简单地改变为另一种不易挥发的氮肥类型，可以减少氨的排放，并将相关的健康成本降低约一半。

爱荷华州立大学(Iowa State University)农学教授马特·利布曼(Matt Liebman)说，包括苜蓿和三叶草等从大气中捕获氮的作物在内的作物轮作可以帮助农民首先减少氮基肥料的使用量。

Liebman说，一种包括减少耕作和全年连续作物覆盖的种植系统“比一年中占用土地三到四个月的单一种植更能保持土壤的位置，防止养分转移到不属于它们的地方。”。

如果我们有工具和技术将减少氨排放的措施纳入农业，为什么我们现在不做更多的事情来减少这些排放呢?那句古老的格言“简单但不容易”差不多可以概括这一点。在发展中国家，基础设施是一个重大挑战。在美国，对氨排放的宽松管制未能激励人们采取行动。一些畜牧业组织表示，氨气排放没有问题需要解决。农民面临着前期的障碍——包括改变当前的种植或施肥系统所涉及的劳动力成本。Lelieveld说，消费者愿意为以对环境负责的方式生产的食品支付更多的钱，这也起到了作用。

监管问题

美国根据《清洁空气法》(Clean Air Act)管制PM2.5和二氧化硫、二氧化氮、地面臭氧等气体污染物。因此，这些污染物的水平在过去几十年里有所下降。然而，作为PM2.5前体的气态氨并没有得到政府监管机构的足够重视。

加洛韦说，这部分是由于氨的排放方式。通过在汽车上安装催化转换器或在烟囱上安装减量装置来控制空气污染的点源相对容易，但氨的来源是不均匀和分散的。“对于氨，没有直接的方法来规范排放。你必须提高作物种植和肥料管理的效率。

2011年，美国环境保护署科学顾问委员会(U.S. Environmental Protection Agency’s Science Advisory Board)的氮综合委员会(Integrated Nitrogen Committee)建议环保署探索对氨排放的监管。农业组织反对这一举措。EPA还没有对这些建议采取行动，不过该机构确实认为氨排放是PM2.5的前兆，并承认长期暴露在氨空气中会增加呼吸和其他肺部问题的风险。

环境保护局的科学家们使用开源的社区多尺度空气质量(CMAQ)模型来模拟空气污染情景，并回答有关农业产生的气态氨对空气污染的贡献的问题。美国环保署国家暴露研究实验室的物理科学家杰西·巴什说，该模型使研究人员能够调查不同部门氨排放的变化如何随时间改变颗粒物浓度。据巴什说，减少氨排放可能比其他地区更有助于降低某些地区的颗粒物浓度。他说:“获得这些信息将有助于我们开发一种相关的模型，以便在政策方面向人们提供信息。”

荷兰的氨和畜牧业法令制定了新的住房和更好的饲料规则，以减少氨离开农场的数量。2012年，欧洲经济委员会(Economic Commission for Europe)(一个旨在鼓励成员国间经济合作的联合国项目)通过《联合国远距离越界空气污染公约哥德堡议定书》(Gothenburg Protocol of United Nations’Convention on remote越界空气污染公约)为欧盟成员国设定了限制和自愿减排目标。1990年至2015年间，欧盟的氨排放量下降了23%。2015年，几个成员国和整个欧盟都超过了该公约规定的氨含量上限。

另一种监管方法可能涉及减少其他空气污染物的可得性，这些污染物会与气态氨发生反应，形成有害微粒。哥伦比亚大学气候系统研究中心和美国宇航局戈达德太空研究所的大气科学家苏珊娜·鲍尔说:“你需要一定的背景污染，这样农业排放才能开始增加PM2.5。”

Bauer和她的同事模拟了未来的排放情景，表明进一步减少汽车和工业排放可以减少对健康有害的气溶胶，即使农业排放继续增加。然而，她说，这并不意味着我们现在就应该忽视氨排放的问题。

鲍尔说:“作为一个社会，我们讨论高效发动机和其他清洁空气的方法。”“现在是时候开始对食品生产部门进行批判性的审视了。”

林赛·康克尔（Lindsey Konkel）是新泽西州的一名自由撰稿人，写的是关于科学、健康和环境的文章。