通常，提高农业生产力依赖于增加一些东西，如肥料或水。斯坦福大学领导的一项新研究表明，去除一种特别的东西——一种常见的空气污染物——可能会导致作物产量的大幅增加。这项研究发表在6月1日的《科学进展》杂志上，它利用卫星图像首次揭示了氮氧化物——汽车尾气和工业排放中发现的气体——如何影响作物产量。该研究结果对提高全球农业产量和分析缓解气候变化的成本和效益具有重要意义。

“氮氧化物对人类来说是看不见的，但新的卫星已经能够以极高的精度绘制它们的地图。由于我们也可以从太空中测量作物产量，这为我们提供了一个机会，可以迅速提高我们对这些气体如何影响不同地区农业的知识，”该研究的主要作者大卫·洛贝尔说，他是斯坦福大学粮食安全和环境中心的格洛丽亚和理查德·库谢尔主任。

NOx-ious问题

氮氧化物是世界上排放最广泛的污染物之一。这些气体可直接损害作物细胞，并通过其形成臭氧的前体作用间接影响作物细胞。臭氧是一种空气传播的毒素，可降低作物产量，颗粒物气溶胶可吸收和散射作物的阳光。

虽然科学家们长期以来对氮氧化物的潜在危害有了大致的了解，但对它们对农业生产率的实际影响却知之甚少。过去的研究由于空气监测站和农业地区之间缺乏重叠、不同污染物的混杂效应以及地面分析面临的其他挑战而受到限制。

为了避免这些限制，罗贝尔和他的同事结合了2018-2020年作物绿色程度和二氧化氮水平的卫星测量。二氧化氮是氮氧化物的主要形式，是氮氧化物总量的良好衡量指标。虽然氮氧化物对人类是看不见的，但二氧化氮与紫外线有明显的相互作用，这使得卫星测量这种气体的空间和时间分辨率比任何其他空气污染物都要高得多。

研究报告的合著者、加州大学圣地亚哥分校环境科学副教授詹妮弗·伯尼说:“除了比其他污染物更容易测量外，二氧化氮作为主要污染物的一个优点是，它是直接排放而不是在大气中形成的。”“这意味着，将排放与影响联系起来比研究其他污染物要直接得多。”

计算作物的影响

根据他们的观察,研究人员估计,减少氮氧化物排放量大约一半在每个地区将提高产量25%,冬季作物为15%,夏季作物在中国,近10%的冬季和夏季作物在西欧,和大约8%在印度夏季作物和6%冬季作物。北美和南美的氮氧化物暴露量一般最低。总的来说，在氮氧化物可能导致臭氧形成的季节和地点，这种影响似乎最负面。

伯尼说:“为减少氮氧化物而采取的行动，如汽车电气化，与减缓气候变化和改善当地空气质量所需的能源转换类型密切相关。”“这项研究的主要结论是，这些行动的农业效益可能真的很大，足以帮助缓解养活不断增长的人口的挑战。”

罗贝尔和伯尼之前的研究估计，1999年至2019年期间，臭氧、颗粒物、二氧化氮和二氧化硫的减少贡献了该时期美国玉米和大豆产量增长的约20%，每年价值约50亿美元。

研究人员说，未来的分析可以结合其他卫星观测，包括通过太阳诱导荧光测量的光合活性，以更好地了解二氧化氮对作物在整个生长季节对气体不同程度敏感性的影响。同样，更详细地研究其他污染物，如二氧化硫和氨，以及气象变量，如干旱和炎热，可能有助于解释为什么二氧化氮在不同地区、年份和季节对作物的影响不同。

斯坦福大学食品安全和环境中心的研究数据分析师斯蒂芬妮·迪·托马索是这项研究的合著者，她说:“现在可以通过卫星测量到许多不同的东西，这真的很令人兴奋，其中大部分来自新的欧洲卫星。”“随着数据的不断改善，它真的会驱使我们作为科学家在我们提出的问题类型上更有雄心和创造力。”

罗