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用價值1美元的工具對抗空氣污染

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一種由塑料瓶制成的簡單的新工具可以幫助追蹤和減少農(nóng)業(yè)中的氨排放,并改善糧食安全。
(圖/巴西農(nóng)業(yè)研究公司)

一種制造成本不到1美元的簡單的新設備可以幫助全球努力減少氨排放造成的有害空氣污染,同時還可以提高對糧食的獲得。這種小型塑料工具是巴西科學家與原子能機構和聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(糧農(nóng)組織)合作設計的。在使用同位素技術測試和確認其準確性后,該工具現(xiàn)在正在推出,用于幫助各國監(jiān)測和更好地管理農(nóng)業(yè)(包括畜牧業(yè))的氨排放。

氨,一種氮和氫的化合物,是農(nóng)業(yè)的主要副產(chǎn)品之一,也是諸如化肥和動物糞便分解時釋放出的一種氣體。大氣中氨氣的存在可以成為一氧化二氮(一種強大的溫室氣體)的次要來源,并可能通過加劇水污染來破壞生態(tài)系統(tǒng),以及造成人類的健康問題。

當化肥施用不當時,高達一半的氮可能會流失到大氣中,這一損失也會造成重大的經(jīng)濟后果。了解這一損失對于向農(nóng)民提出如何最好地管理他們的化肥使用的建議至關重要,這有助于最大限度地提高生產(chǎn)率和效益。

巴西農(nóng)業(yè)研究公司國家農(nóng)業(yè)生物研究中心的土壤學家Segundo Urquiaga說:“平均而言,巴西使用的氮肥中有35%以氨的形式流失到大氣中,這對環(huán)境和經(jīng)濟都有很大影響?!?/p>

隨著世界人口的持續(xù)增長,對糧食的需求也隨之增長。這反過來又導致畜牧業(yè)的擴張,并日益依賴合成和有機氮肥來生產(chǎn)糧食。這也意味著更多的氨排放。這種趨勢預計將在未來十年繼續(xù)下去,并對人們的健康和環(huán)境構成威脅。

巴西等國家的專家正在尋找測量和緩解氨排放到大氣中的方法。許多先進的方法,如風洞、腔衰蕩光譜和微氣象技術,已經(jīng)可以使用,但它們價格昂貴,需要高技能的現(xiàn)場技術人員來操作。

“ 過去, 測量和緩解這一過程既費力、耗時,又相對昂貴,”Urquiaga說,“這項新技術性價比高,速度快,可在任何地方采用。使用它將對農(nóng)民產(chǎn)生直接影響,農(nóng)民將不僅節(jié)省資源,還減少空氣污染?!?/p>

一種獨特的新工具

這個新工具非常簡單,很容易被誤認為是小學科學項目。將一個大塑料汽水瓶的底部去掉,并將其固定在打開的瓶子頂部,形成一個容器。事先將一小片泡沫浸泡在能捕獲氨的酸性溶液中,然后放在瓶子里,從瓶口向下延伸到一個用三個金屬尖頭固定在土壤上的小塑料杯。將這個容器放置在要監(jiān)測的植物或牲畜區(qū)域旁邊,每24小時取出泡沫一次,并將其帶到實驗室進行分析。

這種獨特而簡單的裝置和如何使用它的說明是由糧農(nóng)組織/原子能機構糧農(nóng)核技術聯(lián)合處、巴西農(nóng)業(yè)研究公司和巴西巴拉那農(nóng)業(yè)研究所的科學家發(fā)明的。

糧農(nóng)組織/ 原子能機構聯(lián)合處土壤學家和植物營養(yǎng)學家Mohammad Zaman說:“這個裝置可以幫助我們了解氨的損失,并轉向氣候智能型解決方案,留下足夠的氮來提高植物生產(chǎn)力,特別是在肥力較低和氮缺乏的土壤中,這可能會對糧食生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響?!?/p>

該設備可以單獨使用來精確測量氨損失,也可以與旨在減少溫室氣體排放及其對環(huán)境影響的農(nóng)業(yè)實踐相結合。這些實踐包括滴灌系統(tǒng)、與氮素過程抑制劑一起施用化肥,以及涉及固氮豆類的作物輪作。

簡單但可靠

由于這個工具很簡單,因此其結果的可靠性引起了人們的擔憂。為了測試可靠性,科學家們使用了一種同位素技術,這種技術涉及在肥料中添加氮-15(見下面“科學”部分),作為跟蹤、測量和比較塑料容器捕獲的氨量與釋放的氨量的方式,釋放的氨量是通過使用氮質(zhì)量平衡法測量的,以檢查隨著時間的推移土壤中的氮量。由于氨是一種含氮化合物,因此氮-15方法使科學家能夠追蹤氨的損失。

試驗結果表明,這種容器是跟蹤一年生和多年生作物使用的有機肥和合成肥以及牲畜排泄物中氨排放的可靠和適當?shù)姆椒?。“與傳統(tǒng)的密閉容器方法相比,這種方法在測量和監(jiān)測氨方面是高效和精確的,”Urquiaga說。

巴西、智利、哥斯達黎加、埃塞俄比亞、伊朗和巴基斯坦等六個國家的專家已經(jīng)開始使用這一工具。Zaman說,該工具有望得到更廣泛的使用,特別是在該項目的成果發(fā)表在一期經(jīng)同行評審的國際科學期刊的特刊上之后。此外,還有一項計劃建議政府間氣候變化問題小組將該工具作為一種方法應用于世界各地的農(nóng)業(yè)系統(tǒng),特別是發(fā)展中國家。

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