大量科學證據表明，灰霾主要是由堿性污染物氨（NH3）與酸性污染物二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）在空氣中發(fā)生化學反應，生成硫酸銨和硝酸銨，形成PM2.5凝結核，吸水并結合其他污染物而形成（圖1）。在NH3大量存在的條件下，SO2和NOx形成PM2.5的速度會急劇增加。NH3在灰霾形成中的重要性，引起了全社會的高度關注。基于國家重大科學計劃項目“我國活性氮源及其對空氣質量與氣候變化的影響機理研究”和我們長期“氮素循環(huán)與環(huán)境影響”的研究結果，提出種植和畜牧養(yǎng)殖氨氣減排措施，供政府灰霾治理決策參考。
圖1 農業(yè)氨揮發(fā)對PM2.5形成的貢獻
1 設定農業(yè)氨減排目標
中國目前每年大約排放1500萬t的NH3（以純氮計，下同），與酸性物質NOx（700萬~800萬t，以純氮計）和SO2 （900萬~1000萬t，以硫計）排放量（《2015中國環(huán)境狀況公報》）的酸當量相當，對灰霾的形成具有重要的貢獻。中國農業(yè)源氨排放量占總排放的90%左右，其中種植和牲畜養(yǎng)殖業(yè)排放大約各半，牲畜養(yǎng)殖排放略高。
歐美國家很早注意到氨對空氣質量的重要影響，歐洲在1999年簽訂的《哥德堡協(xié)議》中同時設定了對SO2、NOx和NH3的減排目標。在中國，無論是空氣污染防治措施，還是農業(yè)發(fā)展規(guī)劃，都沒有設定NH3減排目標。中國當前治理灰霾集中于減少酸性污染物SO2和NOx的排放。為此，建議在國家及地方各級政府層面的環(huán)境治理目標規(guī)劃中，設定農業(yè)（包括種植業(yè)和畜牧業(yè)生產）的氨減排近期和遠期目標，并制訂實現減排目標的具體措施。
2 逐步優(yōu)化農業(yè)布局
當前中國的人口、工業(yè)、商業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等均集中于北京、河北、天津、山東、江蘇、安徽、上海和浙江等灰霾最嚴重的中東部地區(qū)。酸堿物質排放源在空間上重疊是形成嚴重灰霾天氣的重要原因。氨氣是本地性、短距離傳輸的污染物，傳輸距離一般僅為幾百公里。在空間上分離氨與酸性物質SO2和NOx的排放源，可以有效減少酸堿污染物結合的機會。中國中東部地區(qū)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)氨排放量分別達全國總排放量的49%和48%。由于種植業(yè)更依賴地理和氣候因素，遷移比養(yǎng)殖業(yè)更難。因此，建議優(yōu)先考慮減少中東部地區(qū)養(yǎng)殖業(yè)，逐步擴大東北飼料糧生產基地的養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模。將中東部地區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)轉移至東北地區(qū)具有多重功效：1）養(yǎng)殖業(yè)是中東部地區(qū)水體的主要污染源，養(yǎng)殖業(yè)轉移可同時減輕中東部地區(qū)的灰霾和水體污染，而且東北地區(qū)年均溫低，生產同樣的牲畜產品氨排放量低；2）飼料生產基地與養(yǎng)殖基地結合，可以減少運輸及其由運輸產生的污染；3）促進東北地區(qū)經濟發(fā)展。
3 大力促進科學施肥科研成果的推廣和應用
中國每年農田氮肥使用量大約3100多萬t純氮（國家統(tǒng)計局數據），當季利用率僅為35%左右，累計利用率50%~60%，損失率達40%~50%，其中氨揮發(fā)損失15%~20%，種植業(yè)氨排放大約420~580萬t氮。科學工作者經過40余年的不懈努力，積累了提高氮肥利用率、減少氮素損失和氨揮發(fā)損失的大量科研成果。但是受社會和經濟因素的制約，這些成果的推廣和應用并不理想，氮肥利用率低、損失率高的狀況未得到明顯改變。限制科學施肥成果推廣和應用的主要社會和經濟因素包括：
1）農地經營規(guī)模小，田塊分散，難以承載先進的科學技術。
科學施肥方法和技術往往需要在有規(guī)模經營效益的農田實施，中國中東部地區(qū)農村家庭的農田面積小，致使新技術無法落地。同時，小規(guī)模農戶從農產品上獲取的收入只占家庭收入的小部分，他們的收入主要來之于外出打工，對應用新技術的意愿低。根據我們的研究，如果家庭農地經營規(guī)模可以從目前的平均0.4 hm2增加到4 hm2，氮肥利用效率可提高大約75%。建議通過合理的制度設計，健全土地流轉的法律法規(guī)，保障土地流轉后的經營穩(wěn)定性，加快種植業(yè)適度規(guī)模經營的步伐，降低農田氨排放。
2）機械化施肥水平低。
氮肥深施、混施是提高利用率、減少損失率，特別是減少氨揮發(fā)損失極為有效的手段。由于缺乏深施和混施機械，特別缺乏追肥的深施機械，中國小規(guī)模分散管理的小片農田，目前大約60%的氮肥人工表施（圖2）。表施的銨態(tài)氮肥暴露于空氣，很大比例通過氨揮發(fā)排放到大氣。由于無法精準控制施肥量，往往造成過量施肥的現象。建議根據中國作物生產特點，加大研制和推廣機械施肥的力度，逐步杜絕氮肥表施現象。
3）氮肥品種單一，基本都是銨態(tài)氮和產銨態(tài)氮肥料（如尿素）。
銨態(tài)氮肥在中國北方堿性土壤上極易以氨的形態(tài)揮發(fā)到大氣中。與此同時，銨態(tài)氮肥在土壤中會氧化成為硝態(tài)氮，該氧化過程同時排放大量溫室氣體N2O。改性硝酸銨比尿素的價格高10%~30%，由于其損失低，凈花費并未增加。若施用改性硝態(tài)氮肥，既無氨揮發(fā)，也不因硝化過程而排放N2O。建議在加強監(jiān)管的基礎上，在中國北方，特別是華北平原，適當供應改性硝態(tài)氮肥，減少銨態(tài)氮肥的施用。
4 制訂規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖各個環(huán)節(jié)的操作規(guī)程和氨減排措施
中國畜禽養(yǎng)殖每年排泄的畜禽糞便大約1500萬t純氮，約為化學氮肥使用量的1/2。當前畜禽糞便氮素收集還田率大約為50%，其余大部分直接排放到大氣和水體，成為重要的污染源（圖2）。建議制訂從飼料選擇、畜舍構造、糞尿貯存、處理到田間施用等各個環(huán)節(jié)的操作規(guī)程和氨減排措施，作為規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖操作和監(jiān)管的依據。具體包括：
1）推廣應用低蛋白含量的飼料品種。
飼料中的碳氮比會顯著影響牲畜糞便中的氮含量，加強對適應中國牲畜種類的低蛋白飼料品種研制和推廣應用，有助于降低單位畜禽產品的氮素排泄量，可以從源頭同時降低向地表水排放的氨氮以及向大氣中排放的氨氣。
2）控制規(guī)模化養(yǎng)殖場的氨氣排放。
規(guī)模化養(yǎng)殖圈舍氨氣排放占牲畜養(yǎng)殖總氨氣排放的10%~30%。采用合理的建筑設計可以降低圈舍的氨氣排放，包括建設集中的排泄和糞便收集區(qū)域、快速的糞便清除系統(tǒng)、排泄區(qū)的溫度控制以及酸性中和物質的使用等措施。建議通過引入合理技術標準規(guī)范控制新建養(yǎng)殖場的氨氣排放；對已有的養(yǎng)殖場進行技術改造，安裝現場在線氨濃度監(jiān)測制備，加大對規(guī)模化養(yǎng)殖氨氣排放的治理和監(jiān)管，切實降低養(yǎng)殖場的氨氣揮發(fā)。
3）推行規(guī)范化的糞便儲存、堆漚和施用技術。
中國目前的牲畜糞便處理傾向于固液分離，堆漚生產有機肥，減少向水體的排放，常忽略向大氣的氨氣排放。建議推廣應用封閉式的糞便貯存、處理和施肥方式，降低糞便儲存、處理和施用環(huán)節(jié)的氨排放。
上述4個方面建議和措施的實施，不僅可以控制氨排放引起的大氣污染，還可減輕氮素流失導致的水體富營養(yǎng)化、硝酸鹽淋洗引起的地下水污染、大量施用銨態(tài)氮和產銨態(tài)氮肥料導致的土壤酸化、大氣氮沉降增加導致的生態(tài)環(huán)境退化，減少施用氮肥和有機肥引起的溫室氣體N2O的排放以及氮肥制造過程中巨大的化石能消耗和碳排放。因此，減少種植和養(yǎng)殖業(yè)的氨排放是一舉多得的舉措，也是治理活性氮大氣和水體污染、保證食物生產安全的根本。
（作者簡介：巨曉棠，中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院教授；谷保靜，浙江大學公共管理學院研究員；蔡祖聰，南京師范大學地理科學學院教授）
中國鄉(xiāng)村發(fā)現網轉自：《科技導報》2017年第13期
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