眼见着天气日渐转冷，PM2.5导致的污染再次进入公众视野。全球许多国家和地区都把PM2.5污染防治列为环境保护的优先事项。以往大家谈论较多的是其中的硫元素，随着环保研究的不断深入，作为PM2.5来源的另一重要“元凶”的氮素也引起了越来越多的关注。
在长达四年多的研究中，浙江大学环境与资源学院百人计划研究员谷保静联合国际团队，首次分析了氨气(NH3)和氮氧化物(NOx)在全球PM2.5污染形成中的贡献（N-share）及其健康效应，并结合模型分析控制氮排放来减缓PM2.5污染健康效应的路径和成本，研究发现，全球PM2.5污染治理中氨气减排比氮氧化物减排更有效。
这一研究成果于北京时间11月5日，刊登在国际顶级期刊《科学》上。论文第一和通讯作者为浙江大学谷保静研究员，北京大学张霖研究员和英国生态水文中心Mark Sutton教授为论文的共同通讯作者。
一把让人又爱又恨的双刃剑
氮元素跟我们的生活密切相关，大气中的活性氮主要包括氨气(NH3)和氮氧化物(NOx)两类，而这两者恰恰就是形成PM2.5的重要前体物。氮氧化物主要来自城市生产活动，氨则主要来自农业生产活动。
自从上世纪20年代有了工业合成氨，化肥就应运而生，农民们得以彻底摆脱了“靠天吃饭”。氮肥在农业生产中贡献很大，有数据显示贡献率可以达到50%左右，对全球粮食生产发挥着重要作用。
“之前普遍认为PM2.5污染主要来自城市。其实，虽然氨主要来自于农村，但是也会传输到城市，与氮氧化物、硫等元素反应产生PM2.5，造成空气污染。”
图：氨气与氮氧化物、硫等元素反应产生PM2.5
氮元素就是这样一把让人又爱又恨的双刃剑。有数据显示，全球因为氮排放带来的PM2.5污染导致人类总生命年损失（因病早亡与预期寿命之间的差值）从1990年的1950万增加到2013年的2330万生命年。怎样在合理范围内对氮排放进行有效控制呢？第一步就是需要能准确评估出氮素对空气污染的影响。
然而，氮素不像碳素对气候变化影响那样全球“通行”，相对来说受各国气候条件、人口密度等影响大而显示出较强的区域性，目前还没有一套全球统一的评估体系，亟需一种通用的方法来比较不同国家地区氮排放带来的健康影响，为在全球范围内通过氮素管理控制PM2.5污染提供科学依据。
氨减排性价比更高
谷保静等研究人员利用GEOS-Chem、EMEP-WRF和TM5-FASST大气化学传输与健康效应估算模型，分析氨和氮氧化物在全球PM2.5污染形成中的贡献(N-share)及其健康效应，并结合GAINS模型分析控制氮排放来减缓PM2.5污染健康效应的路径和成本。
谷保静团队的研究表明，氨在PM2.5的影响力是被低估的：“过去在计算污染物的重要性时常常使用质量占比的角度去分析，这让质量只占PM2.5总质量不足10%的氨被严重忽视。为此，我们以化学反应的摩尔占比来重新考虑问题。通过数据模型，我们发现当氮素排放为0不参加所有化学反应时，PM2.5会下降约40%。”
图：全球N-share的变化
同时通过计算，联合研究团队还做出了健康效率模型和生命损失金钱估算，首次构建了N-share指标量化全球不同国家氮排放对PM2.5健康效应的贡献，发现全球PM2.5污染治理中氨减排比氮氧化物减排更有效而且成本更低。
图：全球减排50%氮排放的成本收益
“传统的研究是被割裂在各自的学科领域，这样很难从策略上看清，我们团队成员学科背景各不相同，可以通过交叉研究的方式把几个方面结合起来一起考虑，从而找到更恰当的分析方法。”
对于下一阶段的控氮，谷保静认为，在现有控制氮氧化物排放的基础上，加大对氨排放的控制，对缓解PM2.5空气污染具有重要意义。“要引导空气治理从城市为主转为城乡协同。具体来说，可以通过推动种植业的规模化以促进优化施肥，这样估计能够减少三分之一的化肥使用量和一半左右的氨排放；另一方面要在养殖场周边配套农田，以便有机肥能直接使用于农田，避免堆积后氨排放到空气中。”
《科学》杂志社同期还邀请了国际氮素研究领域知名教授Jan Willem Erisman，以“氨如何供养以及污染这个世界”为题进行专题评论，指出现在减排氨比随后再去解决其后果更加便宜。
《科学》资深编辑Jesse Smith教授，评论该研究“小东西更重要”(Little things matter)，意指氨气分子虽小，但是作用却很大。
研究工作受到国家自然科学基金项目(41822701, 42061124001, 41773068, 41922037, 41721001)等的资助，联合国环境署氮素管理系统(International Nitrogen Management System，INMS)工作组给与了本研究技术支持。
（文 吴雅兰 柯溢能/摄影 卢绍庆）
转载于浙大新闻办“科学头条”栏目