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今天是地球日，氮汙染已像氣候變化那樣對地球形成重大威脅。科學家們在指出氮汙染的嚴峻性之後提出，解決氮汙染的方法有以下幾種：必須大幅降低全球化肥施用量，將農用氮肥利用率至少提高一倍，加強畜禽糞肥回收，將更多人類汙水轉化為肥料，減少食物浪費，鼓勵人們改變飲食習慣。
這些方法都是值得嘗試和推廣的，除了這幾個方法之外，食物君認為還應大力發展以合作互助為基礎的，能大幅增強生態效益和社會效益的生態農業；同時，還應指出的是，文章認為當下中國的氮肥使用效率不如美國，但卻不去回顧計算美國化學化農業在歷史上曾經對環境造成的氮汙染總量。
環境成本和問題的成因不能忽視歷史維度，這方面讀者們可參考本號同時發出的第二篇文章《“環境正義”：理解第三世界和全球資本主義體系的一把鑰匙》。
作者｜弗雷德•皮爾斯
翻譯｜Estelle
責編｜大明
排版 | 童話
在氮肥催生下，水域長滿了藻類，江蘇一位男子在摸螺螄 | 圖片來源：LIU JIN/AFP/GETTY IMAGES
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地球系統科學家說，氮是造成生物地球化學汙染的主要因素，也是已經被突破的四個“地球界限”之一，可能造成“不可逆轉的、突然的環境變化”。所謂“地球界限”，指的是地球在某個方面的最大承載力。目前，全球正努力解決另外三個被突破的“地球界限”，包括氣候變化、森林砍伐以及生物多樣性喪失。但是，愛丁堡生態與水文中心的英國研究員薩頓表示，氮汙染是一個被嚴重忽視的環境問題，目前還沒有任何國際協議或聯合國機構來推動相關治理行動。
本次紐約會議是人們為改變這一現狀所做的一次努力。會議關注的重點是農業，因為農業貢獻了全球氮汙染總量的三分之二。薩頓說：“我們在全球食品供應方面已經做得很好了，但是現在我們必須解決由此產生的氮汙染問題。”
氮汙染比比皆是。比如，在美國，氮汙染隨處可見：從俄亥俄州到加利福尼亞州的克拉馬斯河水體都爆發了藻華；加利福尼亞州的地下水受到了汙染；切薩皮克灣的魚群嚴重缺氧；佛羅里達州的近海水域遭遇了有毒“赤潮”的侵襲。
墨西哥灣水域已經形成了一個常態化的“死亡區”，原因是過量的氮刺激了水生植物的生長，而這些植物最終會腐爛，將水中的氧氣消耗殆盡，從而導致大多數其他海洋生物窒息。該水域的氮主要來自美國中西部地區密西西比河沿線的糧田。每年夏季，這個死亡區的總面積可達5300平方英里，去年夏季更是史無前例地達到了8800平方英里。
據統計，全球海洋中目前共有400多個死亡區，面積是1950年的四倍，其中最大的死亡區位於部分封閉的波羅的海，面積經常超過20000平方英里。
這幅地圖顯示了全球沿岸水域，因人為排放的營養物質（如肥料中的氮）加劇或導致水體中氧氣水平降低，從而出現死亡區（紅點） | 圖片來源：BREITBURG ET AL, SCIENCE 2018
造成這種生態混亂的最大原因是合成氮肥。全球每年的農用合成氮肥施用量高達1.2億噸，是有機肥（如動物糞便、作物肥料和固氮豆科植物）的含氮量的兩倍。
但最令人震驚的統計數字是，氮肥的作物吸收率已經越來越低，半數以上都經由灌溉流入了河流。馬里蘭大學環境科學家張鑫表示，全球氮肥利用率已經從1961年的50％以上下降到今天的42％左右。
世界上大部分自然資源的使用效率都越來越高，但化肥恰恰相反。在過去的30年裡，全球生產的合成肥的一半以上都浪費在了地裡。
其中，亞洲國家做得最差。張鑫說，印度的化肥施用量在20年間翻了一番，氮肥利用率從40％下滑到30％。但情況最糟糕的還是中國，平均氮肥利用率已經從1961年的60％一路下滑到了到如今的25％。
相比之下，包括美國在內的許多發達國家的氮肥利用率卻有所提高，達到了68％。半個世紀以前，中國的氮肥利用率與美國相似，如今卻只有美國的三分之一多。
中國的生態系統因此陷入困境。無論是在北部的黃河還是南部的珠江，都出現了氮過量導致大量魚群死亡的事件。據報道，中國有三分之一的湖泊都出現了藻華，而含有大量有毒藻類的赤潮在東海各個入海口水域四處擴散。
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每年波羅的海都會有浮游植物大量繁殖，就像2005年的這一次，造成的死亡區域通常超過2萬平方英里 | 圖片來源：EUROPEAN SPACE AGENCY
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如何做到這一點是個大挑戰。經濟學的觀點是，當增產效益出現邊際遞減效應時，通過大幅提高化肥價格可以抑制過度施肥現象。但優化氮肥生產是否應該以犧牲飢餓人口（尤其是非洲民眾）的利益為代價呢？所以，我們必須找到一個更好的辦法。也許技術方案可以使亞洲國家儘快達到庫茲涅茨曲線的拐點，並幫助非洲跨越“低價格+重汙染”的階段。
植物育種專家也可能會研製出可以自己從空氣中固化氮的高產穀物。但是，無論這種作物是否能夠出現，明智的投資者如今已經著眼於尋找更好的方法，確保在真正需要的時間和地點施用肥料，使其到達作物根部。實際上有一種簡單方式是把肥料顆粒直接放置到接近作物根部的土壤中，這種施肥方式雖然勞動強度比較高，但已經在孟加拉國得到了應用。
還有一種被稱為“精準農業”的高科技方法，具體來說，就是通過計算來分析植物健康狀況、當地土壤和氣候條件，進而通過定製程序確定具體的施肥時間和用量，然後利用GPS定位等手段進行精準施肥。
當然，農用化肥並不是氮汙染的唯一來源。國際氮肥管理體系將在2021年底提交最終報告，其中可能提出多種全球性措施，包括推動畜禽糞肥回收、將更多人類汙水轉化為肥料、減少食物浪費、甚至鼓勵人們改變飲食習慣。
該報告可能還會建議有環保意識的公民像檢查自己的碳足跡一樣檢查自己的氮足跡。（來自新罕布什爾大學的足跡研究先驅阿利森·利奇介紹說，一個普通美國人每年的氮足跡約為41公斤，而荷蘭人的這一數字僅為24公斤。）
在這個過程中可能需要綜合考慮各種環境問題。比如，上個月參加紐約會議的氮專家們擔心，未來生物燃料的發展將對氮排放產生重大影響。為了解決氣候變化問題，很多人正積極推動生物燃料的發展，到本世紀中葉，生物燃料可能成為環境中氮的最大來源。
但是，歸根結底，作為環境中過量氮的最大來源，氮肥使用率低下的問題必須解決。每個國家是否應該設定一個氮使用效率目標？或者像薩頓建議的那樣，各國像達成《巴黎協定》中“2攝氏度”的溫度控制目標那樣，達成在2050年前將全球氮廢棄量削減一半的目標？但即便如此，參與紐約會談的氮專家們依舊認為，這還不足以將氮排放總量削減到“地球界限”之下。不過，就像“2攝氏度”的氣候目標一樣，這樣做至少可以幫助我們避免最壞情況發生。
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文章來源：本文轉載自“中外對話”網，首發於Yale E360 網站
原標題：氮汙染危機來臨，我們應付得了嗎？
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