氮是好东西 何以成坏蛋？

　　“中国已成为世界上活性氮产生最多的国家，这些活性氮除了对农业和工业生产、社会经济发展起到重要的推动作用外，还对大气、水体、生态环境和人体健康产生了重要的负面影响。”这一结论摘自今年6月29日《美国科学院院刊》（PANS）上一篇题为《中国活性氮及其未来趋势》的文章，由中国农业大学资源与环境学院教授巨晓棠与浙江大学、美国斯坦福大学合作完成。

　　活性氮污染问题已经引起了学术界和政府部门的重视。环境保护部部长陈吉宁日前做“十二五”生态环境保护成就报告时指出，活性氮失衡的问题，主要是由施肥、化石能源燃烧、畜禽养殖等活动造成的，我们今天看到的雾霾、酸雨、土壤酸化、臭氧层消耗、水体富营养化等问题，都是跟活性氮失衡密切相关的。

　　活性氮污染到底是怎么一回事？氮原本是一种农作物生长不可或缺的营养元素，怎么成了污染物？它有哪些危害？带着这些问题，记者采访了文章作者之一、中国农业大学资源与环境学院巨晓棠教授。

　　为何氮从资源变成了污染物？

　　“1909年，德国化学家弗里茨·哈伯发明了合成氨的方法，并因此获得了诺贝尔化学奖。如果没有这项技术，全世界粮食产量至少要减半，全球73亿人口约有35亿要挨饿。”巨晓棠说，“100多年后，氮肥被大量地生产出来，西欧和美国的氮肥使用量在上世纪80年代达到峰值，我国从那时开始大量施肥，并且施肥量一直在增长，目前还没有达到峰值。”

　　活性氮指的是除氮气以外的所有还原态和氧化态氮，它既是资源又是污染物。人为源活性氮的产生主要包括工业合成氨用于生产氮肥和其他含氮工业产品，化石能高温燃烧产生氧化态氮（NOx），种植豆科作物固氮，随产品进口携带的氮；自然源主要包括生物固氮和闪电固氮。

　　作为资源，活性氮是农业和工业生产必不可少的物质；而作为污染物，活性氮对大气、水体、土壤、生物多样性和人体健康都会产生重要影响。

　　巨晓棠介绍说，由于农业生产系统不是一个密闭的系统，施肥的目的是促进作物生长，但施肥过程中同时伴随着氮的损失，一部分以氨（NH3）、氧化二氮（N2O）和一氧化氮（NO）这3种气态形式排放，还有一部分渗漏到水体中，导致地表水富营养化和地下水硝酸盐含量超标。

　　排放到空气中的氮会形成二次气溶胶，与大气中的硫酸根和硝酸根反应，对PM2.5有重要贡献。NO与挥发性有机化合物（VOC）在光的反应下产生臭氧，对地面作物产量影响较大，尤其是烟草等敏感作物。N2O是增温效应最强的一种温室气体，当前大气中N2O的增温贡献已经达到CO2贡献的10%。

　　农民施肥不当是主因？

　　西欧和北美国家经过30年的治理，水体和大气状况逐渐达标，中国上世纪80年代开始大量施肥后，随着施肥量上升，污染状况在恶化。如今，全球施氮量中，中国占了约1/3，为全球第一。

　　研究表明，1980年~2010年，中国人为源活性氮产生量增加了近3倍（从1680万吨增加到4820万吨），其中主要增长来自于化肥和工业用氮（从1140万吨增加到3710万吨）。

　　巨晓棠认为，农民田间施肥存在很大的问题。一个是用量控制不好，普遍存在过量施肥现象。农民往往认为氮肥施得越多作物长得越好，因此，大量施氮肥，尤其是在我国东部和东南部地区。另一个是施肥方法不当，导致损失严重。60%的氮肥采用的都是表面撒施的方式，这种方式使氨挥发相当严重，损失率高达20%以上，不能把肥料真正施到土壤里去，是给环境施肥，而不是给作物施肥。

　　此外，我国一贯奉行粮食安全第一的政策，为了保证粮食生产，对化肥生产企业给予补贴，使得化肥价格较低，一定程度上导致农民大量施肥。“现阶段我国盲目施肥或不合理施肥当然存在一些技术方面的问题，但更重要的是一个广泛的社会经济问题，其中涉及土地经营规模、肥料和农产品价格及补贴体系、劳动力市场和价格、农业推广服务体系、农户传统施肥理念等问题  。”巨晓棠表示。

　　应对这个问题，巨晓棠认为，首先，科技界要制定各种指标，有关部门要出台相关政策法规，包括农业、大气污染、水污染的法规。技术推广部门要把科学和技术真正用到生产实际中。其次，控制化肥施用量，改进施肥方法。采用机械化深施的方式，把氮的损失降到最低。第三，采取规模化经营方式，使农业生产标准化、规范化、产业化。

　　能否扭转污染趋势？

　　事实上，科技界从上世纪90年代中期就认识到活性氮污染的问题了，中国政府现在也逐渐意识到这个问题。中国现阶段提出的到2020年实现化肥“零增长”的目标，即是响应这一需求。《大气污染防治法》、《水十条》中也都提到了活性氮污染。

　　巨晓棠认为，目前我国治理活性氮污染已经有很好的技术储备，但是治理效果跟欧美国家相比仍然差很远。一方面，西欧国家和美国、加拿大有着健全的法律，包括农业的、自然保护的、大气污染的、水污染的。另一方面，欧美的政策并不复杂，主要靠监管得力。例如，欧洲控制地下水硝酸盐污染只实施了一个政策——硝酸盐指令，那就是确保农田中的有机肥投入氮不超过每公顷170公斤。政策虽然简单，但是要确保落地。政策能否落地，关键看执行和监管。

　　“他们采取的是‘萝卜加棍棒’的方式，政策执行得好给予奖励，执行得不好加予惩罚。”巨晓棠说，“相比之下，我国的政策指标化较差，大多是论述性的表述。制定了一大堆政策，但是可操作性和可监管性较差，不是一个‘硬杠杠’，结果就是肥料越用越多，污染越来越重。”

　　“我常常对学生说，氮是好东西，是我们人类没有用好氮。氮不是‘坏蛋’，我们才是‘坏蛋’。”巨晓棠说。

　　“目前国家对环境污染比较重视，已经在采取行动，相信活性氮污染的问题会慢慢好转。”巨晓棠认为，如果我们从现在开始对活性氮的产生和排放在技术和政策层面进行干预，作物生产和动物生产氮素利用率达到欧美现有水平，人畜粪尿和秸秆的循环利用率接近欧美目前水平，人均工业氮利用和化石能源排放得到实质改善，中国2050年的人为源活性氮产生量将会降低到3100万吨，相当于2010年的64%，向大气和水体排放的活性氮将会降低到2010年的52%，不仅可以实现活性氮产生和氮肥的“零增长”，还可以逐渐实现“负增长”。