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今天是地球日，氮污染已像气候变化那样对地球形成重大威胁。科学家们在指出氮污染的严峻性之后提出，解决氮污染的方法有以下几种：必须大幅降低全球化肥施用量，将农用氮肥利用率至少提高一倍，加强畜禽粪肥回收，将更多人类污水转化为肥料，减少食物浪费，鼓励人们改变饮食习惯。
这些方法都是值得尝试和推广的，除了这几个方法之外，食物君认为还应大力发展以合作互助为基础的，能大幅增强生态效益和社会效益的生态农业；同时，还应指出的是，文章认为当下中国的氮肥使用效率不如美国，但却不去回顾计算美国化学化农业在历史上曾经对环境造成的氮污染总量。
环境成本和问题的成因不能忽视历史维度，这方面读者们可参考本号同时发出的第二篇文章《“环境正义”：理解第三世界和全球资本主义体系的一把钥匙》。
作者｜弗雷德•皮尔斯
翻译｜Estelle
责编｜大明
排版 | 童话
在氮肥催生下，水域长满了藻类，江苏一位男子在摸螺蛳 | 图片来源：LIU JIN/AFP/GETTY IMAGES
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地球系统科学家说，氮是造成生物地球化学污染的主要因素，也是已经被突破的四个“地球界限”之一，可能造成“不可逆转的、突然的环境变化”。所谓“地球界限”，指的是地球在某个方面的最大承载力。目前，全球正努力解决另外三个被突破的“地球界限”，包括气候变化、森林砍伐以及生物多样性丧失。但是，爱丁堡生态与水文中心的英国研究员萨顿表示，氮污染是一个被严重忽视的环境问题，目前还没有任何国际协议或联合国机构来推动相关治理行动。
本次纽约会议是人们为改变这一现状所做的一次努力。会议关注的重点是农业，因为农业贡献了全球氮污染总量的三分之二。萨顿说：“我们在全球食品供应方面已经做得很好了，但是现在我们必须解决由此产生的氮污染问题。”
氮污染比比皆是。比如，在美国，氮污染随处可见：从俄亥俄州到加利福尼亚州的克拉马斯河水体都爆发了藻华；加利福尼亚州的地下水受到了污染；切萨皮克湾的鱼群严重缺氧；佛罗里达州的近海水域遭遇了有毒“赤潮”的侵袭。
墨西哥湾水域已经形成了一个常态化的“死亡区”，原因是过量的氮刺激了水生植物的生长，而这些植物最终会腐烂，将水中的氧气消耗殆尽，从而导致大多数其他海洋生物窒息。该水域的氮主要来自美国中西部地区密西西比河沿线的粮田。每年夏季，这个死亡区的总面积可达5300平方英里，去年夏季更是史无前例地达到了8800平方英里。
据统计，全球海洋中目前共有400多个死亡区，面积是1950年的四倍，其中最大的死亡区位于部分封闭的波罗的海，面积经常超过20000平方英里。
这幅地图显示了全球沿岸水域，因人为排放的营养物质（如肥料中的氮）加剧或导致水体中氧气水平降低，从而出现死亡区（红点） | 图片来源：BREITBURG ET AL, SCIENCE 2018
造成这种生态混乱的最大原因是合成氮肥。全球每年的农用合成氮肥施用量高达1.2亿吨，是有机肥（如动物粪便、作物肥料和固氮豆科植物）的含氮量的两倍。
但最令人震惊的统计数字是，氮肥的作物吸收率已经越来越低，半数以上都经由灌溉流入了河流。马里兰大学环境科学家张鑫表示，全球氮肥利用率已经从1961年的50％以上下降到今天的42％左右。
世界上大部分自然资源的使用效率都越来越高，但化肥恰恰相反。在过去的30年里，全球生产的合成肥的一半以上都浪费在了地里。
其中，亚洲国家做得最差。张鑫说，印度的化肥施用量在20年间翻了一番，氮肥利用率从40％下滑到30％。但情况最糟糕的还是中国，平均氮肥利用率已经从1961年的60％一路下滑到了到如今的25％。
相比之下，包括美国在内的许多发达国家的氮肥利用率却有所提高，达到了68％。半个世纪以前，中国的氮肥利用率与美国相似，如今却只有美国的三分之一多。
中国的生态系统因此陷入困境。无论是在北部的黄河还是南部的珠江，都出现了氮过量导致大量鱼群死亡的事件。据报道，中国有三分之一的湖泊都出现了藻华，而含有大量有毒藻类的赤潮在东海各个入海口水域四处扩散。
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每年波罗的海都会有浮游植物大量繁殖，就像2005年的这一次，造成的死亡区域通常超过2万平方英里 | 图片来源：EUROPEAN SPACE AGENCY
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如何做到这一点是个大挑战。经济学的观点是，当增产效益出现边际递减效应时，通过大幅提高化肥价格可以抑制过度施肥现象。但优化氮肥生产是否应该以牺牲饥饿人口（尤其是非洲民众）的利益为代价呢？所以，我们必须找到一个更好的办法。也许技术方案可以使亚洲国家尽快达到库兹涅茨曲线的拐点，并帮助非洲跨越“低价格+重污染”的阶段。
植物育种专家也可能会研制出可以自己从空气中固化氮的高产谷物。但是，无论这种作物是否能够出现，明智的投资者如今已经着眼于寻找更好的方法，确保在真正需要的时间和地点施用肥料，使其到达作物根部。实际上有一种简单方式是把肥料颗粒直接放置到接近作物根部的土壤中，这种施肥方式虽然劳动强度比较高，但已经在孟加拉国得到了应用。
还有一种被称为“精准农业”的高科技方法，具体来说，就是通过计算来分析植物健康状况、当地土壤和气候条件，进而通过定制程序确定具体的施肥时间和用量，然后利用GPS定位等手段进行精准施肥。
当然，农用化肥并不是氮污染的唯一来源。国际氮肥管理体系将在2021年底提交最终报告，其中可能提出多种全球性措施，包括推动畜禽粪肥回收、将更多人类污水转化为肥料、减少食物浪费、甚至鼓励人们改变饮食习惯。
该报告可能还会建议有环保意识的公民像检查自己的碳足迹一样检查自己的氮足迹。（来自新罕布什尔大学的足迹研究先驱阿利森·利奇介绍说，一个普通美国人每年的氮足迹约为41公斤，而荷兰人的这一数字仅为24公斤。）
在这个过程中可能需要综合考虑各种环境问题。比如，上个月参加纽约会议的氮专家们担心，未来生物燃料的发展将对氮排放产生重大影响。为了解决气候变化问题，很多人正积极推动生物燃料的发展，到本世纪中叶，生物燃料可能成为环境中氮的最大来源。
但是，归根结底，作为环境中过量氮的最大来源，氮肥使用率低下的问题必须解决。每个国家是否应该设定一个氮使用效率目标？或者像萨顿建议的那样，各国像达成《巴黎协定》中“2摄氏度”的温度控制目标那样，达成在2050年前将全球氮废弃量削减一半的目标？但即便如此，参与纽约会谈的氮专家们依旧认为，这还不足以将氮排放总量削减到“地球界限”之下。不过，就像“2摄氏度”的气候目标一样，这样做至少可以帮助我们避免最坏情况发生。
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文章来源：本文转载自“中外对话”网，首发于Yale E360 网站
原标题：氮污染危机来临，我们应付得了吗？
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