土壤微生物将肥料转化为氮氧化物释放的气体量约等于加州公路车辆的尾气排放量
提起加州的烟雾，你可能会想到拥挤的高速公路上的棕色烟雾。但一项新研究显示，加州农田排放的某些污染气体与公路上车辆排放的污染气体量大致相同。这比研究人员先前估计的量要多得多，使得加州污染气体总产量的估计值增加了51 %。
大部分美国的水果和蔬菜在加州中部山谷的农场里生产。在一年多次的作物轮作中，农场施肥量往往很大。在大多数集约化农业生产中，作物只能吸收利用肥料中一半左右的氮素。土壤微生物则消化残余的氮氧化物。这些气体与大气中的光和有机物反应生成臭氧，它们甚至还能促进空气中气溶胶微粒物质的形成。NOx——以及臭氧和气溶胶微粒——会威胁人类呼吸系统健康。
加州大学戴维斯分校的博士后Maya Almaraz注意到美国臭氧污染前十大城市中有五个位于加州中央山谷，因此她决定调查农田对空气污染的贡献量。近年来，催化转化器和其他发动机的改进大大降低了洛杉矶和旧金山的NOx水平，但Almaraz说，“我们在中央山谷和其他农村地区没监测到污染气体浓度降低。”许多因素——包括柴油车使用、石油生产和地理环境——都是造成这个盆地空气循环受阻和污染物积聚的原因。Almaraz认为，该地区大片农田也是增加污染气体量的原因之一。
为了验证上述想法，Almaraz和她的同事们使用了一个模型来预测土壤微生物产生的污染气体量。这个模型考虑了氮输入量、微地形气候、农田土壤湿度水平和其他影响因素。根据上周发表在《科学进展》杂志上的一份报告，研究人员发现，加州20 %至32 %的NOx排放量来自农田，道路机动车的NOx排放量则为29 %至36 %。这些结果明显高于加州空气资源委员会( CARB )先前基于萨克拉门托200公里范围内农场数据得出的大约4 %的估计值。为了检验结果，该小组利用六架轻型飞机在弗雷斯诺和维萨利亚之间的圣华金河谷上空采集了空气样本。圣华金河谷位于中部，是一个农业密集地区。排除之前加州碳排放预测分析模型中估算的化石燃料NOx排放量的，研究团队得出了该河谷地区农田NOx排放量，这一结果与模型预测值接近。
在许多其他的作物种植区，施肥后的农田会产生大量的NOx，其排放水平往往取决于种植季节。在中西部地区，土壤NOx排放量大约占夏季总排放量的40 %。
加州大学伯克利分校的大气科学家Ronald Cohen（罗纳··德科恩）并未参与这项研究。他称这项新研究“颇具冲击性”，证明了农业肥料在加州NOx排放总量中占很大比例。Cohen说，很重要的一点是我们需要更多的野外控制实验来验证这一结果(这是研究人员下一步计划做的事情之一)。Cohen补充道：“我们想努力减少空气污染，就需要更仔细地考虑这些污染来源。”要做到这一点，一种方法是继续减少轿车、卡车和飞机的使用，改变耕作方式也可能有所帮助。
这些措施包括监测植物对化肥的吸收，以便有效合理地施用化肥，例如使用低转化率化肥，使用覆盖物吸收过量的氮或施用硝化抑制剂——这些化学品阻止微生物产生NOx。据加州食品和农业部公共事务主任Steve Lyle说，许多这些方法都是通过该部的肥料研究和教育项目推广的。
“长期以来，农民们会根据新兴科学成果来调整自己的耕作方式，我们将进一步观察这里的情况来证实研究成果。”加州农业局联合会(一个为农民和牧场主服务的非营利性组织)政府事务经理Jim Houston（吉姆·休斯顿）表示，“值得一提的是，大多数研究结果正在发生。从长期角度而言，农民们需要借助加州大学的专业科研成果，来合理施用适量的肥料。”
Almaraz还与加州大学戴维斯分校的公共卫生研究人员合作，研究这种污染如何影响人类健康。“NOx往往是局部污染。”Almaraz说，“所以受其影响最大的人将是生活在这些农业区的人。”
