灰霾汙染或致糧食作物減產
發布時間:2020-04-20 07:48 作者:市生態環境局 來源:科學網

近年來,由於大氣汙染物的排放總量不斷增加,導致環境空氣質量日趨下降,空氣汙染越發嚴重,全國多個城市深受“霾伏”影響,這已經成為區域或全國性的環境問題,引起人們的強烈關注。

但是,目前對霾汙染影響的研究,主要集中在對人體健康領域的研究,對生態係統的影響評估比較匱乏。近日,中科院地球環境研究所研究員鐵學煕團隊研究了區域霾汙染對我國水稻、小麥產量的影響,證明了霾汙染不僅影響人體呼吸係統,危害人體健康,還會對糧食作物生長產生影響。

霾汙染區與產糧區重合

多年來,鐵學煕一直關注並參與中國空氣汙染的研究工作。2009年,他被中科院地球環境研究所聘為國家“千人計劃”特聘專家,並且開始係統地進行我國霾汙染的研究。

“經過多年的研究,我注意到了我國霾(PM2.5)汙染具有一些顯著的特征。”鐵學煕在接受《中國科學報》記者采訪時表示。

第一個特征就是國外汙染比較集中於大城市的汙染,因此對人體健康有集中的影響,比如美國的洛杉磯;而我國的霾汙染不僅僅在大城市,更是一個大麵積的區域汙染,比如麵積廣闊的華北平原。

此外,科研人員研究發現,我國大麵積的霾汙染和我國重要的產糧區有著重合特征,比如華北平原、長三角地區、中東部地區(湖南、湖北)和四川盆地,這四大糧食產區同時也是我國霾汙染最嚴重的地區,這裏的水稻和小麥產量分別占全國總產量45%和75%。

“這些地區有嚴重的區域汙染,同時又是我國重要的產糧地區。”鐵學煕說。

因此,鐵學煕認為有必要係統研究和評估霾汙染對我國的糧食產量的影響。

“空氣汙染物對農業的影響,在以往的研究中曾經得到大家的關注,如大氣臭氧(O3)汙染對長三角地區的影響。但是我國近年來出現的大範圍霧霾汙染對農業的影響則沒有得到大家的關注。”中科院地球環境研究所曹軍驥在接受《中國科學報》記者采訪時表示。

在鐵學煕看來,研究區域霾汙染對我國水稻、小麥等糧食作物產量的影響非常重要且意義重大。

“進行該項研究不但有惠於我國人民的身體健康,而且會有助於我國的糧食產量提高,將會對我國治理霾汙染有著很好的促進作用。”鐵學煕說。

影響弊大於利

“霾汙染對農業的影響是多方麵的。”曹軍驥指出。

充足的光照環境是合成葉綠素的必要條件,對農作物種子的萌發、生長等起著至關重要的作用。

“空氣汙染物懸浮於空中,吸收、反射了太陽輻射達到地麵的熱量。在霾汙染天氣狀況下,空氣流動性差、能見度低,農作物失去了所需要的光照條件,光合作用的減少會影響其生長發育,從而導致減產。”曹軍驥表示。

除了會影響光合作用之外,持續的重度霾汙染天氣,會造成日照不足,容易誘發各種病害。

在曹軍驥看來,霾汙染天氣狀況下大氣顆粒物沉降,其攜帶的有毒有害重金屬、有機汙染物等,對農作物係統也產生一定影響,導致農作物的品質下降。

另外,沉降的顆粒物上攜帶的酸性組分也對土壤產生影響,形成酸沉降,使土壤質量下降,這樣帶來的後果是影響農作物係統。

衛星遙感MODIS 觀測數據顯示,我國這四個主要糧食產區與氣溶膠光學厚度(AOD)有較強的對應關係,產糧區的AOD值均較高。采用對流層紫外—可見光模型的計算結果表明,這些區域太陽輻射受氣溶膠影響減少輻度的最高值可達28%~49%,由此估算的水稻和小麥作物減產量分別占到全國的1%~2%和4.5%~8%。

不過,專家指出,霾汙染天氣對農作物的影響也有有利的方麵,主要表現在重度霾汙染天氣可使地麵的水汽不易蒸發,減少了地麵熱量的散發。而在冬季,因為這樣的“保溫”作用,農作物不易遭受凍害,有利於農作物越冬。

“霾汙染對農業的影響有利亦有弊,但總體而言是弊大於利。”曹軍驥表示,此次研究結果表明我國空氣汙染引起的生態環境影響需要引起足夠的重視。因此,要盡快減少大氣汙染物排放,減輕霾汙染程度,這不僅有利於人民生活質量的提高,也對生態係統的健康發展起到重要的作用。

尚存諸多不確切性

研究團隊花了大約三年時間進行資料分析整理及大氣模式的改進和計算。

針對我國大麵積的霾汙染,他們主要分析了多年的衛星觀測資料,並對其逐月的變化進行分析。

主要參與設計模擬實驗工作的曹軍驥認為,各類資料收集的過程十分困難。“要做準確的評估,模式計算需要用到農業的各類精確數據,包括水稻、小麥等農作物的數據。因此我們盡量查閱有關文獻,同時也對生長過程等關鍵數據進行假設。”曹軍驥說。

“衛星觀測的霾汙染的資料會受到雲的幹擾,形成了很多盲點,我們采取了多年平均方法解決了此項問題。”鐵學煕表示。

此外,研究人員還采用了美國大氣中心的太陽輻射模式對霾汙染對地麵太陽輻射的影響進行了計算。

“因為原有輻射模式是一維模式,隻能對一個地麵點進行計算,要解決對大麵積的計算需要將模式擴展為二維模式,並需要將衛星資料轉換成與模式一致的數值參數進行逐時計算。”鐵學煕說,這就需要大量的計算。隨著中科院地球環境所擴充了計算機的容量,這些問題迎刃而解。

雖然研究取得了一定的成果,“但是,我們的研究目前仍然隻是初期階段,還有許多不確切性,需要國內科學同仁加以完善和進一步的探討。”鐵學煕表示。

太陽光照對不同莊稼的影響是不同的。“我們目前使用的是美國的觀測結果,農業部門應該和大氣部門合作,加強對此方麵的觀測,以減少評估的不確切性。”鐵學煕說。

此外,莊稼的生長主要有三大要素:水、肥、光。“太陽光對莊稼生長的影響和各地區的水、肥條件有關,因此這方麵也存在著很大的區域性不確切性,需要進一步的深入研究。”鐵學煕說。

他還指出,我國霾汙染還可以對地麵溫度、濕度、微氣象過程產生影響,也需要進行深入的研究。

專家認為,雖然目前研究仍然存在許多不確切性因素,但這也是首次采用模型計算定量評估了霾汙染對於糧食作物的影響,其意義深遠。

在曹軍驥看來,這次模擬工作首次提供了霾汙染影響的定量證據,這對於準確估算霾空氣汙染的損失具有重要作用,可以促使國際上製定正確的汙染減排政策以改善霾汙染情況。

“這些工作將引起農業科學家關注,使他們在預測第二年農業產量時,加入這一項影響因素,以更準確預報來年的農業總產量。”曹軍驥說。