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用价值1美元的工具对抗空气污染

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一种由塑料瓶制成的简单的新工具可以帮助追踪和减少农业中的氨排放,并改善粮食安全。
(图/巴西农业研究公司)

一种制造成本不到1美元的简单的新设备可以帮助全球努力减少氨排放造成的有害空气污染,同时还可以提高对粮食的获得。这种小型塑料工具是巴西科学家与原子能机构和联合国粮食及农业组织(粮农组织)合作设计的。在使用同位素技术测试和确认其准确性后,该工具现在正在推出,用于帮助各国监测和更好地管理农业(包括畜牧业)的氨排放。

氨,一种氮和氢的化合物,是农业的主要副产品之一,也是诸如化肥和动物粪便分解时释放出的一种气体。大气中氨气的存在可以成为一氧化二氮(一种强大的温室气体)的次要来源,并可能通过加剧水污染来破坏生态系统,以及造成人类的健康问题。

当化肥施用不当时,高达一半的氮可能会流失到大气中,这一损失也会造成重大的经济后果。了解这一损失对于向农民提出如何最好地管理他们的化肥使用的建议至关重要,这有助于最大限度地提高生产率和效益。

巴西农业研究公司国家农业生物研究中心的土壤学家Segundo Urquiaga说:“平均而言,巴西使用的氮肥中有35%以氨的形式流失到大气中,这对环境和经济都有很大影响。”

随着世界人口的持续增长,对粮食的需求也随之增长。这反过来又导致畜牧业的扩张,并日益依赖合成和有机氮肥来生产粮食。这也意味着更多的氨排放。这种趋势预计将在未来十年继续下去,并对人们的健康和环境构成威胁。

巴西等国家的专家正在寻找测量和缓解氨排放到大气中的方法。许多先进的方法,如风洞、腔衰荡光谱和微气象技术,已经可以使用,但它们价格昂贵,需要高技能的现场技术人员来操作。

“ 过去, 测量和缓解这一过程既费力、耗时,又相对昂贵,”Urquiaga说,“这项新技术性价比高,速度快,可在任何地方采用。使用它将对农民产生直接影响,农民将不仅节省资源,还减少空气污染。”

一种独特的新工具

这个新工具非常简单,很容易被误认为是小学科学项目。将一个大塑料汽水瓶的底部去掉,并将其固定在打开的瓶子顶部,形成一个容器。事先将一小片泡沫浸泡在能捕获氨的酸性溶液中,然后放在瓶子里,从瓶口向下延伸到一个用三个金属尖头固定在土壤上的小塑料杯。将这个容器放置在要监测的植物或牲畜区域旁边,每24小时取出泡沫一次,并将其带到实验室进行分析。

这种独特而简单的装置和如何使用它的说明是由粮农组织/原子能机构粮农核技术联合处、巴西农业研究公司和巴西巴拉那农业研究所的科学家发明的。

粮农组织/ 原子能机构联合处土壤学家和植物营养学家Mohammad Zaman说:“这个装置可以帮助我们了解氨的损失,并转向气候智能型解决方案,留下足够的氮来提高植物生产力,特别是在肥力较低和氮缺乏的土壤中,这可能会对粮食生产产生重大影响。”

该设备可以单独使用来精确测量氨损失,也可以与旨在减少温室气体排放及其对环境影响的农业实践相结合。这些实践包括滴灌系统、与氮素过程抑制剂一起施用化肥,以及涉及固氮豆类的作物轮作。

简单但可靠

由于这个工具很简单,因此其结果的可靠性引起了人们的担忧。为了测试可靠性,科学家们使用了一种同位素技术,这种技术涉及在肥料中添加氮-15(见下面“科学”部分),作为跟踪、测量和比较塑料容器捕获的氨量与释放的氨量的方式,释放的氨量是通过使用氮质量平衡法测量的,以检查随着时间的推移土壤中的氮量。由于氨是一种含氮化合物,因此氮-15方法使科学家能够追踪氨的损失。

试验结果表明,这种容器是跟踪一年生和多年生作物使用的有机肥和合成肥以及牲畜排泄物中氨排放的可靠和适当的方法。“与传统的密闭容器方法相比,这种方法在测量和监测氨方面是高效和精确的,”Urquiaga说。

巴西、智利、哥斯达黎加、埃塞俄比亚、伊朗和巴基斯坦等六个国家的专家已经开始使用这一工具。Zaman说,该工具有望得到更广泛的使用,特别是在该项目的成果发表在一期经同行评审的国际科学期刊的特刊上之后。此外,还有一项计划建议政府间气候变化问题小组将该工具作为一种方法应用于世界各地的农业系统,特别是发展中国家。

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