Nature正刊最新文（wén）章！德國馬克斯普朗克生物地球化（huà）學研究所（suǒ）揭示全球人為活性氮的（de）淨氣候效（xiào）應

自工業革命以來，農業化肥的使用和化石（shí）燃料的燃燒（shāo）極大地增加了環境中活性氮的含量，並造成了許多如空氣汙染、水體富營（yíng）養化等的環境挑戰。然而，人為活性氮對於地球氣候係統的影響卻（què）鮮為人知。最近，一項由德國馬克斯普朗克（kè）生物地球化學研究所研究人員領銜的（de）國際（jì）研究，綜合了多個陸麵生態模型和大氣化學傳輸模型，發現（xiàn）曆史人為活性氮排放對氣候造成了淨冷（lěng）卻效應，從（cóng）而部分抵消（xiāo）了化石燃料（liào）二氧化碳排放（fàng）引起的全球（qiú）增暖。這項研究於2024年（nián）7月24日以“Global net climate effects of anthropogenic reactive nitrogen”為題（tí）發表在國際著名學術期刊《Nature》上。

氮元素以（yǐ）多種形式存在於土（tǔ）壤（rǎng）、水和空氣中，因此（cǐ）會通過各種（zhǒng）途徑影響氣候。氮氣占空氣的78%左右（yòu），但因其較強的惰性對氣候不造成影響。但所有其（qí）他氮化合物（科學上稱為活性氮）都會對全球氣候產生直接或間接的影響，並引發增暖（nuǎn）或（huò）冷卻效應：例如，一氧化二氮，俗稱笑氣，主要由富氮土壤和（hé）化石燃料燃燒排放，其溫室效應幾乎（hū）是二氧化碳的 300 倍。相比之下，化石燃料燃燒產生的短壽命氮氧化物以及化肥生產施用而排放的氨氣在大氣中形成細小（xiǎo）懸浮顆粒。它們（men）遮擋陽光，從而使氣候變冷。同時，大氣中的活性氮沉降到陸地上，使植物生長得更茂盛，從而從大氣中吸收更多的二氧化碳，這也具有（yǒu）冷卻效果。此外, 氮氧化物還會通過增加大氣氧化性，降低大氣甲烷濃度並因此冷卻大氣。然而，氮氧化物也會刺激（jī）對流層中另一種溫室氣體臭氧的形成，並（bìng）加劇全球變暖。

圖1. 人為活性氮影響氣候的過程示意圖

在這項由馬（mǎ）克（kè）斯普朗克生物地球化學（xué）研究（jiū）所的宮（gōng）成博士和 Sönke Zaehle教授領銜的研究中，總結（jié）了人為活性氮的各（gè）種增暖和冷卻效應。他們發現，通過（guò）人類活動進入地球係統的活性氮（dàn）使氣候每平方米冷卻 -0.34 瓦 - 在氣候研究（jiū）中，這被稱（chēng）為淨負輻射強迫。相比之下，根（gēn）據政（zhèng）府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 在其最新評估報告（gào）中指出的，人為活動使2011-2020年大氣平均每平方米額外加熱 2.7 瓦，其（qí）中化石燃料產（chǎn）生溫室氣體占主要貢獻，與此同時，與工業（yè）化前相比，地球在此期間升溫了 1.1 攝氏（shì）度（dù）。“人（rén）為氮輸入造成的負輻射強迫不能簡單地轉化為全球平均（jun1）溫（wēn）度的變化，因為有些影響發生在局部地區，氣候係統（tǒng）對輻（fú）射強迫的這種變（biàn）化的（de）反應很複雜，”這項研究的共同（tóng）作者（zhě）、馬克（kè）斯普朗克生物地球化學研究所所長 Sönke Zaehle 說。

圖2. 全球人為活性氮的淨輻射（shè）強迫

盡管一氧化二氮具有變暖（nuǎn）效應，但這項新研究表（biǎo）明，如果沒（méi）有（yǒu）人為的氮（dàn）輸入，氣候會進一步升溫。然而，這項研（yán）究（jiū）的作者強調，“這聽起（qǐ）來可能是個好消息，但氮排放同時也有許多有害影響，例如對健康、生（shēng）物多樣性和臭氧層，因此，目前的發現並不是掩蓋（gài）有害影響（xiǎng）的理由，更不（bú）用說將額（é）外的（de）氮輸入視（shì）為對抗全球變暖的一種手段“

在（zài）這項跨學（xué）科的研究中，研究團隊首先分析了（le）最終進入土壤、水或空氣的各種活性氮的強度，然後確定了人類活動產（chǎn）生的活性氮的總氣候影響。通過整合 NMIP2 項（xiàng）目的陸地生（shēng）態模型結（jié）果，並結（jié）合（hé）使用大氣化（huà）學傳輸模型GEOS-Chem，研究團隊計算（suàn）了人為氮排放對輻射強迫的影響，即單位時間內照射到地球表麵一（yī）平方米的輻（fú）射（shè）能量。“以前基於文獻研（yán）究（jiū）的估計通常（cháng）是零（líng）散的，因此（cǐ）忽略了（le）全球氮循環過程在空間上的（de）強異質性和高度非線性，”馬克斯普朗克生物（wù）地球化學研究所博（bó）士後、這項研究的第一作（zuò）者宮成說（shuō）。“我們的研究（jiū）結果強調了考慮（lǜ）生物地球化學、大氣化學（xué）和氣候之間（jiān）的相互作用對於了解人為活性氮對氣候的影響的重要性，並因此呼（hū）籲更多的學科交叉合作，從而能更加（jiā）係統地提高對於人（rén）類活動影響全球碳氮循環和氣候影（yǐng）響的理解水平。”

圖3. 整合NMIP2的（de）多（duō）個陸地生態模型和CEDS人為排放清單得到的全球人為活性氮的曆史排放趨勢

“應該減少氮排放，”Sönke Zaehle 說。“改進農業實踐有助於更有效地利用氮作為肥料。例如，通（tōng）過這種方式，可以減少導致全（quán）球變暖和破（pò）壞臭氧層的一氧化二氮排放，”Sönke Zaehle 繼續說道。“然而（ér），重要（yào）的是要認識到，雖然減少人為氮投入有利於人類健康和生態係統，但也會對氣候產生影響。因此，除了減少活性氮之外，溫室氣體的排放，尤其是化石燃料產生的二氧化碳和甲烷，也必須更（gèng）大程度地減少。隻有（yǒu）這樣，我們才能更好（hǎo）地保護健康（kāng）和自（zì）然，並緩解氣候變化。”