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【全球ESG連麥】“前沿地球獎”得主谷保靜:氮循環(huán)超出“地球安全邊界”,治污迫在眉睫

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【全球ESG連麥】“前沿地球獎”得主谷保靜:氮循環(huán)超出“地球安全邊界”,治污迫在眉睫

農(nóng)業(yè)規(guī)?;a(chǎn)有助于緩解過量施肥問題,此外,谷保靜團(tuán)隊(duì)提出的“農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)”或能補(bǔ)貼農(nóng)民進(jìn)行綠色生產(chǎn)。

中國科學(xué)家、浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授谷保靜在瑞士領(lǐng)取“前沿地球獎”。圖片由受訪者提供

界面新聞記者 | 王磬

界面新聞編輯 | 鄭萃穎

4月27日,全球可持續(xù)發(fā)展獎項(xiàng)“前沿地球獎”公布首屆獲獎?wù)呙麊危袊茖W(xué)家、浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授谷保靜成為四位全球獲獎?wù)咧弧?/p>

近年來,從事可持續(xù)發(fā)展工作的科學(xué)家已經(jīng)確定了一系列不應(yīng)跨越的“地球安全邊界”,包括氣候變化、生物多樣性損失、氮磷循環(huán)等九項(xiàng),突破任一邊界都會為地球環(huán)境帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)革命以來,人類行為已成為地球環(huán)境變化的主要驅(qū)動力,也將這九項(xiàng)指標(biāo)推向了前所未有的境地,采取行動刻不容緩。

“前沿地球獎”旨在表彰有助于將地球系統(tǒng)保持在九大“地球安全邊界”之內(nèi)的科學(xué)研究,它由總部設(shè)在瑞士洛桑的非營利組織“前沿研究基金會”發(fā)起,本屆競賽由全球100位可持續(xù)發(fā)展科學(xué)家組成獨(dú)立評審團(tuán)進(jìn)行獎項(xiàng)評選。

谷保靜因其研究論文《在緩解空氣PM2.5污染方面,減少氨比氮氧化物更具成本效益》獲獎。該研究成果于2021年11月在美國《科學(xué)》雜志發(fā)布,首次分析了氨氣和氮氧化物在全球PM2.5污染形成中的貢獻(xiàn),重點(diǎn)關(guān)注在應(yīng)對全球PM2.5污染的治理和應(yīng)對舉措,提出控制氨氣排放對降低PM2.5污染具有重要意義。

在瑞士蒙特勒舉行的頒獎儀式上,谷保靜致辭表示,其課題研究的核心關(guān)注全球氮素管理,這不僅關(guān)乎糧食安全,也是地球安全邊界最脆弱的環(huán)節(jié)之一。

中國科協(xié)國際科技交流中心履職事務(wù)處處長孫躍對界面新聞表示,此次獲獎對中國科學(xué)家團(tuán)體及相關(guān)研究具有鼓勵和肯定的作用。他指出,中國科技界在過去處于“跟跑”西方的狀態(tài),但現(xiàn)在已經(jīng)越來越多地在“并跑”甚至“領(lǐng)跑”。目前進(jìn)入了三跑并行的階段。

在頒獎典禮的會場,谷保靜就相關(guān)問題接受了界面新聞的采訪。

氮肥利用率低,中國一半污染來自農(nóng)業(yè)氮素

界面新聞:請您為我們解釋一下氮循環(huán)的機(jī)制,為什么氮素污染治理如此緊迫?

谷保靜:自然界里面幾乎所有的生物,特別是植物都受到氮素供應(yīng)的限制。可以說氮素是木桶的短板,作物長得好不好,生產(chǎn)力高不高取決于木桶的短板,這就觸發(fā)人類去解決作物缺氮的問題。

早年人們都是去海島上挖鳥糞來獲得氮素,一開始主要是用于生產(chǎn)炸藥,但后來發(fā)現(xiàn)這個東西實(shí)際可以當(dāng)化肥,但是產(chǎn)量特別有限。直到1908年,化學(xué)家哈伯和博施發(fā)明了工業(yè)固氮,把空氣里的氮?dú)飧鷼錃夥磻?yīng)生成氨,氨就可以進(jìn)一步生產(chǎn)化肥。工業(yè)固氮一下就解放了人類缺氮的限制,讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入綠色革命時期。在綠色革命時期,實(shí)際上通過氮肥的使用大概養(yǎng)活了全世界一半左右的人口。但是,自然界本來是一種缺氮的環(huán)境,在氮素微量供給的時候,它可以促進(jìn)植物生長,而且利用效率特別高;但是當(dāng)人們大量往地里施化肥,大量的氮素實(shí)際上并沒有被作物吸收,就流失到環(huán)境里面去了。

從氮素全球循環(huán)利用的視角來看,不僅僅是氮肥,還有電廠燒煤,汽油燃燒,養(yǎng)殖業(yè)的廢棄物,沖廁所的污水廢水,特別是農(nóng)村地區(qū),大量的生活污水未經(jīng)處理直接排放到環(huán)境中。這些氮素不僅可以進(jìn)入空氣,也可以進(jìn)到水里,殘留在土壤當(dāng)中,它都會產(chǎn)生多重效應(yīng)。首先是空氣污染,隨后它會通過降雨和灰塵沉降到地面上,導(dǎo)致生物多樣性損失,土壤里面大量施用氮肥也會導(dǎo)致土壤酸化。同時氮素里面還有一個氣體叫氧化亞氮,在百年尺度上1分子的氧化亞氮的溫室效力相當(dāng)于300倍左右的二氧化碳。因此,氮素除了養(yǎng)活全球一半人口之外,它也有強(qiáng)烈的負(fù)面影響。

氮素也是九大地球邊界里面超標(biāo)最嚴(yán)重的兩項(xiàng)之一,另一個是生物多樣性喪失,其中生物多樣性喪失很大一部分又是由過量氮素導(dǎo)致的。所以,我們認(rèn)為,氮素可能是地球的九大安全邊界里面情況最嚴(yán)重的,而在氮素的諸多影響中,空氣污染又是最嚴(yán)重的,因?yàn)榭諝馕廴菊T發(fā)肺癌、冠心病等六大疾病,每年會導(dǎo)致幾百萬人過早死亡。

那么,氮素具體如何影響空氣污染呢?PM2.5是一個二次污染物,有很多前體物,比如氨氣、氮氧化物、二氧化硫,以及一些其他污染物,它們相互反應(yīng),生成PM2.5。也有很少一小部分PM2.5是一次污染物,比如說來自燒秸稈或者是運(yùn)貨大拖拉機(jī)的尾氣。因此,要降低PM2.5,必須追溯它的源頭,降低它的前體物,從而實(shí)現(xiàn)減排。當(dāng)我們?nèi)タ刂芇M2.5污染的時候,我們需要去控制氮素,因?yàn)榈貙ξ廴疚镓暙I(xiàn)很大,在全球平均能貢獻(xiàn)40%,在發(fā)達(dá)國家能貢獻(xiàn)到百分之七八十以上,中國大概有一半左右的PM2.5污染來自于氮素。

發(fā)達(dá)國家氮排放治理的經(jīng)驗(yàn)和啟示

界面新聞:為什么在發(fā)達(dá)國家氮素對PM2.5污染的占比更高?

谷保靜:因?yàn)楫?dāng)?shù)氐亩趸蛳陆蹈@著。1952年的倫敦?zé)熿F事件中,污染物主要來自于燒煤帶來的二氧化硫排放,所以后來開始大量工業(yè)脫硫,在工業(yè)燃燒過程中增加一些脫硫的裝置。工業(yè)脫硫達(dá)到一定水準(zhǔn)之后,空氣污染就變成氮素主導(dǎo)了。

我們國家也是類似的情況。九十年代,中國的硫排放開始走低,但是氮素一直在增加,直到2012年左右,氮氧化物開始下降,但是氨氣一直在往上走。所以PM2.5三個最重要的前提物,二氧化硫、氮氧化物、氨氣,前兩者開始減排了,但是氨氣沒有。由于氨氣和氮氧化物都屬于氮,氮素的貢獻(xiàn)率就會上升。

為什么歐美國家氮素的加總貢獻(xiàn)率能達(dá)到百分之七八十?就是因?yàn)楫?dāng)?shù)氐牧蛞呀?jīng)被控制得很好。如果歐美國家希望進(jìn)一步降低空氣污染,達(dá)到世界衛(wèi)生組織推薦的5微克每立方米,那么歐美國家需要去控制氮氧化物和氨氣,尤其是更多去關(guān)注氨氣。

界面新聞:控氨氣和控氮氧化物,具體到農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐上,意味著什么?

谷保靜:工業(yè)減排方面,以電廠為例,可以通過改變電廠燒煤的方式,實(shí)現(xiàn)超低排放。對于汽車尾氣,可以改變它的燃燒過程和尾氣處理過程。農(nóng)業(yè)減排方面,養(yǎng)殖業(yè)從飼養(yǎng)、廢棄物的生成和儲存、運(yùn)輸、施肥,每個階段都會有氨氣排出。因此我們需要全鏈條改變管理方式,需要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)從粗放型的管理方式向現(xiàn)代化變革。

界面新聞:在歐洲,控制氮排放已經(jīng)成為一個政治問題。荷蘭現(xiàn)任政府執(zhí)政中最大的危機(jī)之一就是減氮問題,荷蘭的氮排放超標(biāo)在歐盟國家里屬于比較嚴(yán)重的,政府要出臺法規(guī)減排,農(nóng)民對此非常不滿意,還開著拖拉機(jī)上街游行。您如何看待此事?

谷保靜:癥結(jié)就在于農(nóng)民是不是真的不賺錢,政府需要去計(jì)算這一點(diǎn)。全球氮素污染情況,分污染物來看:氨氣80~90%來自農(nóng)業(yè),種植業(yè)養(yǎng)殖業(yè)大概各貢獻(xiàn)一半;對于水體污染物來說,農(nóng)業(yè)也是大頭,能夠占到一半以上。

中國跟荷蘭不太一樣,中國是小農(nóng)經(jīng)濟(jì),一家一戶大概只有五六畝地,一年最多賺四五千塊錢。本來農(nóng)民相對收入水平就比較低,如果說政府要求農(nóng)民去減氮減污的話,要去測算一下減氮減污要花多少錢,對農(nóng)民的收益有什么影響。如果收益跟成本之間是不對等的,讓農(nóng)民支付減排成本,全社會享受減排收益,那就是錯配,農(nóng)民肯定不愿意干這個事兒。

工業(yè)領(lǐng)域是誰污染誰治理,不治理就處罰。由于工業(yè)產(chǎn)品有極強(qiáng)的替代性,就算把這家處罰停產(chǎn),還有另外的企業(yè)可以擴(kuò)大產(chǎn)能,滿足社會的需求。但是糧食是剛需產(chǎn)品,剛需產(chǎn)品的生產(chǎn)不能夠受到干擾。你罰農(nóng)民,農(nóng)民一旦停止生產(chǎn),糧食安全就會出問題。對任何一個國家來說,糧食安全永遠(yuǎn)是頭等大事。

所以不能對農(nóng)民應(yīng)用治理工業(yè)污染的方法,除非農(nóng)業(yè)本身已經(jīng)具有很強(qiáng)的工業(yè)屬性,比方說它是工業(yè)化種植,農(nóng)場主有幾萬畝地,每年的利潤率特別高,否則就會出現(xiàn)荷蘭的拖拉機(jī)上街的問題。我猜測荷蘭農(nóng)民種地也不是特別賺錢,這種情況下政府強(qiáng)力推行減氮和治污,會嚴(yán)重影響農(nóng)民的利潤,只有威脅到農(nóng)民的生存的時候,他們才會上街。

所以我們給出的建議是,為了確保糧食安全,同時為了確保全民的環(huán)境健康身心健康,需要對農(nóng)民的減排措施進(jìn)行一定程度的補(bǔ)充,以解決錯配問題。全社會從農(nóng)民的減排中獲得了收益,所以要把一部分的收益拿出來,去補(bǔ)貼農(nóng)民的綠色生產(chǎn)行為,讓農(nóng)民愿意去減排,最終能夠推動綠色措施的落地。我們估計(jì)過,如果做了這件事情,環(huán)境健康能夠得到改善,改善之后的收益大概是實(shí)施成本的10倍到25倍。很多地方現(xiàn)在都這樣做,比如美國對于冬閑田會推薦農(nóng)民去做覆蓋作物,政府給農(nóng)民補(bǔ)貼成本,同時還給額外獎勵。

農(nóng)業(yè)污染“面源”難題待解

界面新聞:您剛剛提到了農(nóng)業(yè)污染和工業(yè)污染的區(qū)別。您覺得現(xiàn)在特別是在國內(nèi),農(nóng)業(yè)污染來源跟工業(yè)污染相比有一些什么樣的特點(diǎn)?

谷保靜:區(qū)別就在于工業(yè)污染是點(diǎn)源,農(nóng)業(yè)污染是面源。

什么叫點(diǎn)源?就是它有一個排污口,或者固定在那的煙囪。有排污口,我就很容易控制這個排污口,要求你把污染物降低到一個標(biāo)準(zhǔn)以下,實(shí)現(xiàn)升級改造。

什么叫面源?中國18億畝耕地,每一畝耕地上都會有污染物排放。養(yǎng)殖場也是面源,農(nóng)村的一家一戶的廁所也是面源。中國的廁所可能有幾億個,很多廁所都沒有污染處理設(shè)施,這些地方都會變成一個面源。

農(nóng)業(yè)面源污染跟工業(yè)點(diǎn)源污染比起來,更加難控制。首先難以監(jiān)督,因?yàn)槲廴镜闹黧w量太大了。想象一下你走到田間地頭,你能看出來哪塊田污染嗎?工廠排污不一樣,是清水還是黑水一眼就能看出來。所以面污染實(shí)際上只能去監(jiān)控它的過程。比方說你采用某種生產(chǎn)方式,我就知道這種生產(chǎn)方式的污染量相對低,比如說機(jī)械深埋化肥和手撒化肥相比,氨氣排放量一下就會小很多。

同時,由于糧食安全跟環(huán)境治理之間的博弈問題,希望對這些從事新型經(jīng)營方式的農(nóng)民進(jìn)行補(bǔ)貼,讓他們能夠去操作綠色生產(chǎn)。

界面新聞: 現(xiàn)在在國內(nèi),對于監(jiān)控生產(chǎn)流程從而降低氮排放方面,有一些您印象比較深刻的實(shí)踐嗎?

谷保靜: 現(xiàn)在比較常見的是服務(wù)租賃。如果一個農(nóng)民只有一畝地,他肯定不會自己去買大型拖拉機(jī)。那么我可以買一個大型拖拉機(jī),這個村的地我都幫大家種了,每種一畝地收20塊錢30塊錢。通過這種成本分?jǐn)偟姆绞阶屜冗M(jìn)技術(shù)落地。

實(shí)際上從種到收的環(huán)節(jié),服務(wù)租賃在華北很多地方已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了,這些人往往是買一個大型收割機(jī),按照成熟期從南到北連著割,可以服務(wù)很大一片范圍?,F(xiàn)在的難點(diǎn)在于,農(nóng)業(yè)污染主要來自于施肥過程,而服務(wù)租賃實(shí)際上只解決了種和收,并沒有解決施肥的問題。想優(yōu)化施肥需要兩個東西,第一,裝備要配備到位,比如先進(jìn)的分層施肥機(jī)等等,現(xiàn)在裝備配備到位的很少。其次,這塊地應(yīng)該施多少肥,需要專業(yè)的知識,農(nóng)民和租賃商對此都不夠了解?,F(xiàn)在很多農(nóng)戶就在種植前把肥料直接拿去撒一撒。

界面新聞:是否是因?yàn)槿狈σ恍┘睿?/p>

谷保靜:激勵是一個很重要的點(diǎn)。中國跟荷蘭還是不一樣。小農(nóng)經(jīng)濟(jì)之下,我們家可能只有5畝地,一畝地施肥100塊錢,5畝地500塊錢。假如超額施肥30%,也就多花150塊錢,我沒有理由去買先進(jìn)的施肥機(jī)器或者讓服務(wù)商去搞個先進(jìn)的施肥機(jī)器,也不想去聽政府的培訓(xùn)班。實(shí)際上我們早期已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了,農(nóng)地規(guī)模跟過量施肥存在負(fù)相關(guān),農(nóng)地規(guī)模越大,過量施肥的概率越低。

界面新聞:是因?yàn)槭┓时旧硎潜仁崭罡鼜?fù)雜的一個過程嗎?

谷保靜:是,農(nóng)民也好,租賃服務(wù)商也好,他們需要去判斷這塊地要施多少肥,而施肥是影響產(chǎn)量的。服務(wù)商不愿意擔(dān)這個責(zé)任,萬一我今年幫你施肥,你的產(chǎn)量低了,你還得埋怨我。而農(nóng)民自己施肥,就容易多撒一點(diǎn)以確保產(chǎn)量。

耕作一塊地既需要投入先進(jìn)的機(jī)械、先進(jìn)的管理知識,又需要投入化肥灌溉。其中,機(jī)械屬于固定成本,生產(chǎn)的產(chǎn)品越多,平攤下來成本越低?;释度雽儆诜枪潭ǔ杀荆粫S著規(guī)模而變化。這兩者之間實(shí)際上是存在替代關(guān)系的。當(dāng)規(guī)模很小的時候,我就愿意多投一點(diǎn)化肥,少投固定成本,否則不劃算。兩畝地一年賺不到2000塊錢,我肯定不在意,我在城市打工一個月可能就能賺5000塊錢,所以施肥的時候就很輕松,隨便撒撒就完了,節(jié)約下來的時間就去城里打工了。如果要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化施肥,首先要買機(jī)器,要把肥料深施到土壤里面,這個過程很復(fù)雜。其次施肥的時候要分次,一年施肥多次最理想,先施一遍地基肥,作物種上去了再去追肥,一次不夠再追一次。那么在城里打工的農(nóng)民肯定不愿意干這個事,因?yàn)榛卮迦ナ┓实某杀咎吡恕?/p>

但是,假如你有200畝地,200畝地賺的錢可能已經(jīng)超過在城市打工的收入水平,你就是職業(yè)農(nóng)民了。200畝地施肥的成本就需要2萬,也不可能端著盆去撒,必須用機(jī)器去協(xié)助施肥,那么農(nóng)民不但不愿意過量施肥,還會琢磨2萬的化肥量能不能降到1萬5。如此一來肯定是精準(zhǔn)化的施肥以及分次去施肥。

界面新聞:農(nóng)業(yè)的規(guī)?;?yīng)確實(shí)比較明顯,您覺得在國內(nèi)如何推廣?

谷保靜:跟西方國家不一樣,我們的土地是集體所有,農(nóng)民擁有承包權(quán),經(jīng)營權(quán)可以流轉(zhuǎn),三權(quán)分置。一家一戶一般大概就七八畝地,少的人家三四畝地,我不愿意種的話,可以把地流轉(zhuǎn)給我的鄰居,這種經(jīng)營的方式叫大戶承包,家庭農(nóng)場。家庭農(nóng)場也可以做到100畝甚至200畝地大小。變成家庭農(nóng)場之后,農(nóng)民可能還是覺得地有點(diǎn)小,因?yàn)?00畝地買個大型拖拉機(jī)也不劃算。那么10個家庭農(nóng)場可以并成1個合作社,2000畝地10家人一塊去經(jīng)營,可能會賺得更多。

還有一種情況是像中糧集團(tuán)和江蘇省農(nóng)墾這樣的工業(yè)化種植,直接大面積使用現(xiàn)代化耕作方式,10萬畝地統(tǒng)一經(jīng)營。實(shí)際上在江蘇很多地方已經(jīng)在試點(diǎn)推了,這個叫適度規(guī)?;?jīng)營。當(dāng)我們把規(guī)模化跟化肥污染關(guān)聯(lián)起來之后就發(fā)現(xiàn),實(shí)際上降低化肥污染必須作為一個副產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn),隨著規(guī)?;a(chǎn)解決了,先解決農(nóng)民的收入問題,之后優(yōu)化施肥,最終就把環(huán)境問題也解決了。

界面新聞:據(jù)您估算,施肥過程中造成的污染大約占比是多少?

谷保靜:農(nóng)業(yè)污染能夠貢獻(xiàn)中國氮素污染的一半以上,這一半里面,種植業(yè)跟養(yǎng)殖業(yè)比例差不多,養(yǎng)殖業(yè)稍微大一點(diǎn),種植業(yè)大概貢獻(xiàn)百分之二十幾的污染量。

“農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)”改善錯配

界面新聞:您在論文中提出了一個名為“氮素信用系統(tǒng)”的設(shè)想,您能否解釋一下這個系統(tǒng)在理想情況中應(yīng)該怎樣運(yùn)作?

谷保靜:農(nóng)民要為了改善污染付出成本,但是并沒有獨(dú)享環(huán)境改善帶來的收益,農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)實(shí)際上就是為了解決這個錯配問題。

我們有另外一篇2023年1月份剛發(fā)表在《自然》上的論文,提出了減排氮素的11項(xiàng)措施。但凡農(nóng)民采用這11項(xiàng)措施,政府就給他補(bǔ)貼,補(bǔ)貼的錢從哪來?錢就從環(huán)境改善之后,全社會都獲益的這部分里面摳出來。怎么去執(zhí)行?就是農(nóng)民一旦采用了這些舉措,他就會獲得氮素信用分,就和航司機(jī)票積分一樣,一個積分就可以拿到政府那去換錢,從而解決錯配問題,激勵農(nóng)民去做更多的環(huán)境友好型的操作。

氮素信用系統(tǒng)的本質(zhì)就是對農(nóng)民的綠色生產(chǎn)行為進(jìn)行補(bǔ)貼。2023年1月份的那篇論文出來之后,澳大利亞已經(jīng)去實(shí)踐了,當(dāng)?shù)毓芾泶蟊そ傅臋C(jī)構(gòu)專門寫信來說,他們正在用我們的信用系統(tǒng)去保護(hù)大堡礁。澳大利亞的大堡礁很漂亮,大家都很喜歡去旅游,但大堡礁上游地區(qū)種了很多甘蔗,農(nóng)民為了提升甘蔗的產(chǎn)量大量施肥,肥料就沿河流入海中,引起大堡礁的珊瑚死亡。政府為了解決珊瑚死亡的事件,跟這些農(nóng)民做了協(xié)議,如果農(nóng)民減少氮肥的施用、減少氮素進(jìn)入大堡礁,就能得到信用分,之后可以拿到政府那去換錢。

界面新聞:在減輕氮排放這個領(lǐng)域,您在全球范圍內(nèi)是否看到一些比較有趣的實(shí)踐,可以對中國當(dāng)下的情況有所啟示?

谷保靜:從很長的歷史時間上看,中國肯定是要持續(xù)推進(jìn)規(guī)?;N植,這是第一步。因?yàn)橐?guī)模化之后,污染的確降低了很多,也有利于先進(jìn)的機(jī)械和先進(jìn)的管理,現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)能夠真正落到實(shí)地上。

歐洲地區(qū)、美國地區(qū)、澳大利亞地區(qū)的規(guī)模化種植,規(guī)模實(shí)際上都很大。我們有可能達(dá)到歐洲的規(guī)模,歐洲現(xiàn)在差不多10個公頃,100多畝地。國內(nèi)現(xiàn)在每個農(nóng)戶的平均規(guī)模是0.5公頃,還是很小。所以我們不要求達(dá)到美國那樣,也實(shí)現(xiàn)不了。

在持續(xù)推進(jìn)規(guī)?;那疤嵯?,氮素信用系統(tǒng)至關(guān)重要。其中分為三個層次。最簡單的就是改用新型肥料——比如說緩控施肥或者是抑制劑肥料——即便采用傳統(tǒng)施肥方式,相比傳統(tǒng)肥料尿素,還是可以大幅度降低污染。但是它價(jià)格要高很多,所以我們推薦政府直接對新型肥料進(jìn)行補(bǔ)貼,讓新型肥料跟傳統(tǒng)的尿素同價(jià)或者略低一點(diǎn)點(diǎn),不要低太多,否則可能造成過量施肥?;蛘咄扑]農(nóng)民讓豆科作物跟其他作物輪作。這些都比較特別容易操作,不受規(guī)?;挠绊?。

當(dāng)進(jìn)入第二層次的時候,就需要規(guī)?;r(nóng)業(yè)了。如果要優(yōu)化施肥方式,以現(xiàn)在一直推的測土配方技術(shù)為例,可以檢測土壤養(yǎng)分含量,據(jù)此決定要施多少化肥。那么中國有18億塊田的話,一般一塊田要取5個點(diǎn),最終大概需要接近100億樣品,即使每年測一次,一次檢測成本十塊錢,那么一年的測試費(fèi)就要1000億人民幣,此外取樣、運(yùn)輸、實(shí)驗(yàn)室檢測、溝通都是成本,最后光測土配方這件事情可能就要花上萬億的錢,這就不現(xiàn)實(shí)。所以說,需要當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)已經(jīng)達(dá)到比較高的規(guī)?;?。

第三個層次,對社會發(fā)展的程度要求就更高?,F(xiàn)在的歐美國家測土配方是常態(tài),因?yàn)樗奶飰K比較大,經(jīng)濟(jì)水平很高,農(nóng)民受教育水平也很高,有先進(jìn)的技術(shù),比如無人機(jī)甚至是遙感幫你看地面的情況,遠(yuǎn)程決定要用什么施肥。

所以我們的信用系統(tǒng)里面實(shí)際區(qū)分了三個層次,根據(jù)技術(shù)條件去采用不同的策略和方式補(bǔ)貼和引導(dǎo)農(nóng)民,確保不影響糧食安全。中國每年的中央1號文件都是關(guān)于糧食安全的,為什么?因?yàn)檫@個事情很重要,也很復(fù)雜,涉及到很多技術(shù)問題,管理問題、制度問題,甚至是社會整體的發(fā)展問題。

界面新聞:再說回這次獲獎的論文《在緩解空氣PM2.5污染方面,減少氨比氮氧化物更具成本效益》,您怎么樣評價(jià)論文的科學(xué)意義和政策意義?

谷保靜:科學(xué)意義上,實(shí)際上之前很少有人量化過空氣污染里面到底哪種污染物的貢獻(xiàn)大。過去量化的時候很容易采用的方式是檢測空氣污染物的組成成分,那么氨占比會很小,因?yàn)榘睔馀c氮氧化物、二氧化硫相比很輕,但是氨氣又是堿性氣體,二氧化硫和氮化物都是酸性的,在反應(yīng)過程中很容易形成氨鹽。因此,除了重量貢獻(xiàn)之外,氨還會有反應(yīng)的貢獻(xiàn)。

所以,我們用大氣化學(xué)模型,通過模擬實(shí)驗(yàn)的方式把氨摳掉,去看它整體上的貢獻(xiàn),會比原來的檢測方式更合理。同時,我們構(gòu)建這個指標(biāo)把前體物跟最終的污染物聯(lián)系起來,希望能夠量化清楚,同時把貢獻(xiàn)最終連接到人體健康效應(yīng)上。我們做了大量的健康效應(yīng)的分析和成本收益的分析,最終能夠量化出來,考慮到成本問題,控氨實(shí)際上是一個更優(yōu)的策略。因?yàn)殡x開成本去談?wù)摥h(huán)境治理是不負(fù)責(zé)任的。我們可以寫一個非常完美的方案,但是這個方案要花光全球所有的GDP才能夠?qū)崿F(xiàn),那也不現(xiàn)實(shí),所以我們要把成本控制在合理范圍內(nèi)。

從政策意義上來講,中國控制氮氧化物已經(jīng)有一段時間了,所以我們需要把氨氣也納入進(jìn)來,作為共同控制的點(diǎn)。世界衛(wèi)生組織推薦的5微克每立方米是一個特別低的濃度值,現(xiàn)在很多發(fā)達(dá)國家還沒達(dá)到,發(fā)達(dá)國家一般是按照之前10微克每立方米來。中國原來的安全值是75微克每立方,十三五期間已經(jīng)達(dá)到了,但現(xiàn)在還是比10微克要高很多。所以要現(xiàn)在從四五十的水平降到10、降到5的話,需要進(jìn)一步把這些東西都納入減排體系里面。

界面新聞:獲得前沿地球獎對您個人來說意味著什么?可能對中國的科學(xué)界來說又意味著什么?

谷保靜:我認(rèn)為這是對我們整個團(tuán)隊(duì)工作的一種肯定。這讓我們更有信心,相信我們對地球科學(xué)系統(tǒng)的研究還是有一定貢獻(xiàn)的。另一方面這個獎項(xiàng)也能夠激勵更多的人投身于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的研究。因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)不像別的領(lǐng)域,更容易做出產(chǎn)品或?qū)@?,環(huán)境保護(hù)本身就是一個公益事業(yè)。

在氣候變化的壓力下,極端氣候事件比如極端高溫、極端低溫、極端干旱、極端暴雨日益頻繁,未來保護(hù)環(huán)境變成特別大的社會發(fā)展需求的時候,我們能夠通過前沿地球科學(xué)獎推動更多的年輕人、更多的科學(xué)家進(jìn)入這個領(lǐng)域,相信這對于本次會議提到的“加速地球的保護(hù)進(jìn)程”至關(guān)重要。

(實(shí)習(xí)生高鉑寧對此文有貢獻(xiàn))

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【全球ESG連麥】“前沿地球獎”得主谷保靜:氮循環(huán)超出“地球安全邊界”,治污迫在眉睫

農(nóng)業(yè)規(guī)?;a(chǎn)有助于緩解過量施肥問題,此外,谷保靜團(tuán)隊(duì)提出的“農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)”或能補(bǔ)貼農(nóng)民進(jìn)行綠色生產(chǎn)。

中國科學(xué)家、浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授谷保靜在瑞士領(lǐng)取“前沿地球獎”。圖片由受訪者提供

界面新聞記者 | 王磬

界面新聞編輯 | 鄭萃穎

4月27日,全球可持續(xù)發(fā)展獎項(xiàng)“前沿地球獎”公布首屆獲獎?wù)呙麊?,中國科學(xué)家、浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授谷保靜成為四位全球獲獎?wù)咧弧?/p>

近年來,從事可持續(xù)發(fā)展工作的科學(xué)家已經(jīng)確定了一系列不應(yīng)跨越的“地球安全邊界”,包括氣候變化、生物多樣性損失、氮磷循環(huán)等九項(xiàng),突破任一邊界都會為地球環(huán)境帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)革命以來,人類行為已成為地球環(huán)境變化的主要驅(qū)動力,也將這九項(xiàng)指標(biāo)推向了前所未有的境地,采取行動刻不容緩。

“前沿地球獎”旨在表彰有助于將地球系統(tǒng)保持在九大“地球安全邊界”之內(nèi)的科學(xué)研究,它由總部設(shè)在瑞士洛桑的非營利組織“前沿研究基金會”發(fā)起,本屆競賽由全球100位可持續(xù)發(fā)展科學(xué)家組成獨(dú)立評審團(tuán)進(jìn)行獎項(xiàng)評選。

谷保靜因其研究論文《在緩解空氣PM2.5污染方面,減少氨比氮氧化物更具成本效益》獲獎。該研究成果于2021年11月在美國《科學(xué)》雜志發(fā)布,首次分析了氨氣和氮氧化物在全球PM2.5污染形成中的貢獻(xiàn),重點(diǎn)關(guān)注在應(yīng)對全球PM2.5污染的治理和應(yīng)對舉措,提出控制氨氣排放對降低PM2.5污染具有重要意義。

在瑞士蒙特勒舉行的頒獎儀式上,谷保靜致辭表示,其課題研究的核心關(guān)注全球氮素管理,這不僅關(guān)乎糧食安全,也是地球安全邊界最脆弱的環(huán)節(jié)之一。

中國科協(xié)國際科技交流中心履職事務(wù)處處長孫躍對界面新聞表示,此次獲獎對中國科學(xué)家團(tuán)體及相關(guān)研究具有鼓勵和肯定的作用。他指出,中國科技界在過去處于“跟跑”西方的狀態(tài),但現(xiàn)在已經(jīng)越來越多地在“并跑”甚至“領(lǐng)跑”。目前進(jìn)入了三跑并行的階段。

在頒獎典禮的會場,谷保靜就相關(guān)問題接受了界面新聞的采訪。

氮肥利用率低,中國一半污染來自農(nóng)業(yè)氮素

界面新聞:請您為我們解釋一下氮循環(huán)的機(jī)制,為什么氮素污染治理如此緊迫?

谷保靜:自然界里面幾乎所有的生物,特別是植物都受到氮素供應(yīng)的限制。可以說氮素是木桶的短板,作物長得好不好,生產(chǎn)力高不高取決于木桶的短板,這就觸發(fā)人類去解決作物缺氮的問題。

早年人們都是去海島上挖鳥糞來獲得氮素,一開始主要是用于生產(chǎn)炸藥,但后來發(fā)現(xiàn)這個東西實(shí)際可以當(dāng)化肥,但是產(chǎn)量特別有限。直到1908年,化學(xué)家哈伯和博施發(fā)明了工業(yè)固氮,把空氣里的氮?dú)飧鷼錃夥磻?yīng)生成氨,氨就可以進(jìn)一步生產(chǎn)化肥。工業(yè)固氮一下就解放了人類缺氮的限制,讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入綠色革命時期。在綠色革命時期,實(shí)際上通過氮肥的使用大概養(yǎng)活了全世界一半左右的人口。但是,自然界本來是一種缺氮的環(huán)境,在氮素微量供給的時候,它可以促進(jìn)植物生長,而且利用效率特別高;但是當(dāng)人們大量往地里施化肥,大量的氮素實(shí)際上并沒有被作物吸收,就流失到環(huán)境里面去了。

從氮素全球循環(huán)利用的視角來看,不僅僅是氮肥,還有電廠燒煤,汽油燃燒,養(yǎng)殖業(yè)的廢棄物,沖廁所的污水廢水,特別是農(nóng)村地區(qū),大量的生活污水未經(jīng)處理直接排放到環(huán)境中。這些氮素不僅可以進(jìn)入空氣,也可以進(jìn)到水里,殘留在土壤當(dāng)中,它都會產(chǎn)生多重效應(yīng)。首先是空氣污染,隨后它會通過降雨和灰塵沉降到地面上,導(dǎo)致生物多樣性損失,土壤里面大量施用氮肥也會導(dǎo)致土壤酸化。同時氮素里面還有一個氣體叫氧化亞氮,在百年尺度上1分子的氧化亞氮的溫室效力相當(dāng)于300倍左右的二氧化碳。因此,氮素除了養(yǎng)活全球一半人口之外,它也有強(qiáng)烈的負(fù)面影響。

氮素也是九大地球邊界里面超標(biāo)最嚴(yán)重的兩項(xiàng)之一,另一個是生物多樣性喪失,其中生物多樣性喪失很大一部分又是由過量氮素導(dǎo)致的。所以,我們認(rèn)為,氮素可能是地球的九大安全邊界里面情況最嚴(yán)重的,而在氮素的諸多影響中,空氣污染又是最嚴(yán)重的,因?yàn)榭諝馕廴菊T發(fā)肺癌、冠心病等六大疾病,每年會導(dǎo)致幾百萬人過早死亡。

那么,氮素具體如何影響空氣污染呢?PM2.5是一個二次污染物,有很多前體物,比如氨氣、氮氧化物、二氧化硫,以及一些其他污染物,它們相互反應(yīng),生成PM2.5。也有很少一小部分PM2.5是一次污染物,比如說來自燒秸稈或者是運(yùn)貨大拖拉機(jī)的尾氣。因此,要降低PM2.5,必須追溯它的源頭,降低它的前體物,從而實(shí)現(xiàn)減排。當(dāng)我們?nèi)タ刂芇M2.5污染的時候,我們需要去控制氮素,因?yàn)榈貙ξ廴疚镓暙I(xiàn)很大,在全球平均能貢獻(xiàn)40%,在發(fā)達(dá)國家能貢獻(xiàn)到百分之七八十以上,中國大概有一半左右的PM2.5污染來自于氮素。

發(fā)達(dá)國家氮排放治理的經(jīng)驗(yàn)和啟示

界面新聞:為什么在發(fā)達(dá)國家氮素對PM2.5污染的占比更高?

谷保靜:因?yàn)楫?dāng)?shù)氐亩趸蛳陆蹈@著。1952年的倫敦?zé)熿F事件中,污染物主要來自于燒煤帶來的二氧化硫排放,所以后來開始大量工業(yè)脫硫,在工業(yè)燃燒過程中增加一些脫硫的裝置。工業(yè)脫硫達(dá)到一定水準(zhǔn)之后,空氣污染就變成氮素主導(dǎo)了。

我們國家也是類似的情況。九十年代,中國的硫排放開始走低,但是氮素一直在增加,直到2012年左右,氮氧化物開始下降,但是氨氣一直在往上走。所以PM2.5三個最重要的前提物,二氧化硫、氮氧化物、氨氣,前兩者開始減排了,但是氨氣沒有。由于氨氣和氮氧化物都屬于氮,氮素的貢獻(xiàn)率就會上升。

為什么歐美國家氮素的加總貢獻(xiàn)率能達(dá)到百分之七八十?就是因?yàn)楫?dāng)?shù)氐牧蛞呀?jīng)被控制得很好。如果歐美國家希望進(jìn)一步降低空氣污染,達(dá)到世界衛(wèi)生組織推薦的5微克每立方米,那么歐美國家需要去控制氮氧化物和氨氣,尤其是更多去關(guān)注氨氣。

界面新聞:控氨氣和控氮氧化物,具體到農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐上,意味著什么?

谷保靜:工業(yè)減排方面,以電廠為例,可以通過改變電廠燒煤的方式,實(shí)現(xiàn)超低排放。對于汽車尾氣,可以改變它的燃燒過程和尾氣處理過程。農(nóng)業(yè)減排方面,養(yǎng)殖業(yè)從飼養(yǎng)、廢棄物的生成和儲存、運(yùn)輸、施肥,每個階段都會有氨氣排出。因此我們需要全鏈條改變管理方式,需要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)從粗放型的管理方式向現(xiàn)代化變革。

界面新聞:在歐洲,控制氮排放已經(jīng)成為一個政治問題。荷蘭現(xiàn)任政府執(zhí)政中最大的危機(jī)之一就是減氮問題,荷蘭的氮排放超標(biāo)在歐盟國家里屬于比較嚴(yán)重的,政府要出臺法規(guī)減排,農(nóng)民對此非常不滿意,還開著拖拉機(jī)上街游行。您如何看待此事?

谷保靜:癥結(jié)就在于農(nóng)民是不是真的不賺錢,政府需要去計(jì)算這一點(diǎn)。全球氮素污染情況,分污染物來看:氨氣80~90%來自農(nóng)業(yè),種植業(yè)養(yǎng)殖業(yè)大概各貢獻(xiàn)一半;對于水體污染物來說,農(nóng)業(yè)也是大頭,能夠占到一半以上。

中國跟荷蘭不太一樣,中國是小農(nóng)經(jīng)濟(jì),一家一戶大概只有五六畝地,一年最多賺四五千塊錢。本來農(nóng)民相對收入水平就比較低,如果說政府要求農(nóng)民去減氮減污的話,要去測算一下減氮減污要花多少錢,對農(nóng)民的收益有什么影響。如果收益跟成本之間是不對等的,讓農(nóng)民支付減排成本,全社會享受減排收益,那就是錯配,農(nóng)民肯定不愿意干這個事兒。

工業(yè)領(lǐng)域是誰污染誰治理,不治理就處罰。由于工業(yè)產(chǎn)品有極強(qiáng)的替代性,就算把這家處罰停產(chǎn),還有另外的企業(yè)可以擴(kuò)大產(chǎn)能,滿足社會的需求。但是糧食是剛需產(chǎn)品,剛需產(chǎn)品的生產(chǎn)不能夠受到干擾。你罰農(nóng)民,農(nóng)民一旦停止生產(chǎn),糧食安全就會出問題。對任何一個國家來說,糧食安全永遠(yuǎn)是頭等大事。

所以不能對農(nóng)民應(yīng)用治理工業(yè)污染的方法,除非農(nóng)業(yè)本身已經(jīng)具有很強(qiáng)的工業(yè)屬性,比方說它是工業(yè)化種植,農(nóng)場主有幾萬畝地,每年的利潤率特別高,否則就會出現(xiàn)荷蘭的拖拉機(jī)上街的問題。我猜測荷蘭農(nóng)民種地也不是特別賺錢,這種情況下政府強(qiáng)力推行減氮和治污,會嚴(yán)重影響農(nóng)民的利潤,只有威脅到農(nóng)民的生存的時候,他們才會上街。

所以我們給出的建議是,為了確保糧食安全,同時為了確保全民的環(huán)境健康身心健康,需要對農(nóng)民的減排措施進(jìn)行一定程度的補(bǔ)充,以解決錯配問題。全社會從農(nóng)民的減排中獲得了收益,所以要把一部分的收益拿出來,去補(bǔ)貼農(nóng)民的綠色生產(chǎn)行為,讓農(nóng)民愿意去減排,最終能夠推動綠色措施的落地。我們估計(jì)過,如果做了這件事情,環(huán)境健康能夠得到改善,改善之后的收益大概是實(shí)施成本的10倍到25倍。很多地方現(xiàn)在都這樣做,比如美國對于冬閑田會推薦農(nóng)民去做覆蓋作物,政府給農(nóng)民補(bǔ)貼成本,同時還給額外獎勵。

農(nóng)業(yè)污染“面源”難題待解

界面新聞:您剛剛提到了農(nóng)業(yè)污染和工業(yè)污染的區(qū)別。您覺得現(xiàn)在特別是在國內(nèi),農(nóng)業(yè)污染來源跟工業(yè)污染相比有一些什么樣的特點(diǎn)?

谷保靜:區(qū)別就在于工業(yè)污染是點(diǎn)源,農(nóng)業(yè)污染是面源。

什么叫點(diǎn)源?就是它有一個排污口,或者固定在那的煙囪。有排污口,我就很容易控制這個排污口,要求你把污染物降低到一個標(biāo)準(zhǔn)以下,實(shí)現(xiàn)升級改造。

什么叫面源?中國18億畝耕地,每一畝耕地上都會有污染物排放。養(yǎng)殖場也是面源,農(nóng)村的一家一戶的廁所也是面源。中國的廁所可能有幾億個,很多廁所都沒有污染處理設(shè)施,這些地方都會變成一個面源。

農(nóng)業(yè)面源污染跟工業(yè)點(diǎn)源污染比起來,更加難控制。首先難以監(jiān)督,因?yàn)槲廴镜闹黧w量太大了。想象一下你走到田間地頭,你能看出來哪塊田污染嗎?工廠排污不一樣,是清水還是黑水一眼就能看出來。所以面污染實(shí)際上只能去監(jiān)控它的過程。比方說你采用某種生產(chǎn)方式,我就知道這種生產(chǎn)方式的污染量相對低,比如說機(jī)械深埋化肥和手撒化肥相比,氨氣排放量一下就會小很多。

同時,由于糧食安全跟環(huán)境治理之間的博弈問題,希望對這些從事新型經(jīng)營方式的農(nóng)民進(jìn)行補(bǔ)貼,讓他們能夠去操作綠色生產(chǎn)。

界面新聞: 現(xiàn)在在國內(nèi),對于監(jiān)控生產(chǎn)流程從而降低氮排放方面,有一些您印象比較深刻的實(shí)踐嗎?

谷保靜: 現(xiàn)在比較常見的是服務(wù)租賃。如果一個農(nóng)民只有一畝地,他肯定不會自己去買大型拖拉機(jī)。那么我可以買一個大型拖拉機(jī),這個村的地我都幫大家種了,每種一畝地收20塊錢30塊錢。通過這種成本分?jǐn)偟姆绞阶屜冗M(jìn)技術(shù)落地。

實(shí)際上從種到收的環(huán)節(jié),服務(wù)租賃在華北很多地方已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了,這些人往往是買一個大型收割機(jī),按照成熟期從南到北連著割,可以服務(wù)很大一片范圍?,F(xiàn)在的難點(diǎn)在于,農(nóng)業(yè)污染主要來自于施肥過程,而服務(wù)租賃實(shí)際上只解決了種和收,并沒有解決施肥的問題。想優(yōu)化施肥需要兩個東西,第一,裝備要配備到位,比如先進(jìn)的分層施肥機(jī)等等,現(xiàn)在裝備配備到位的很少。其次,這塊地應(yīng)該施多少肥,需要專業(yè)的知識,農(nóng)民和租賃商對此都不夠了解。現(xiàn)在很多農(nóng)戶就在種植前把肥料直接拿去撒一撒。

界面新聞:是否是因?yàn)槿狈σ恍┘睿?/p>

谷保靜:激勵是一個很重要的點(diǎn)。中國跟荷蘭還是不一樣。小農(nóng)經(jīng)濟(jì)之下,我們家可能只有5畝地,一畝地施肥100塊錢,5畝地500塊錢。假如超額施肥30%,也就多花150塊錢,我沒有理由去買先進(jìn)的施肥機(jī)器或者讓服務(wù)商去搞個先進(jìn)的施肥機(jī)器,也不想去聽政府的培訓(xùn)班。實(shí)際上我們早期已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了,農(nóng)地規(guī)模跟過量施肥存在負(fù)相關(guān),農(nóng)地規(guī)模越大,過量施肥的概率越低。

界面新聞:是因?yàn)槭┓时旧硎潜仁崭罡鼜?fù)雜的一個過程嗎?

谷保靜:是,農(nóng)民也好,租賃服務(wù)商也好,他們需要去判斷這塊地要施多少肥,而施肥是影響產(chǎn)量的。服務(wù)商不愿意擔(dān)這個責(zé)任,萬一我今年幫你施肥,你的產(chǎn)量低了,你還得埋怨我。而農(nóng)民自己施肥,就容易多撒一點(diǎn)以確保產(chǎn)量。

耕作一塊地既需要投入先進(jìn)的機(jī)械、先進(jìn)的管理知識,又需要投入化肥灌溉。其中,機(jī)械屬于固定成本,生產(chǎn)的產(chǎn)品越多,平攤下來成本越低?;释度雽儆诜枪潭ǔ杀?,不會隨著規(guī)模而變化。這兩者之間實(shí)際上是存在替代關(guān)系的。當(dāng)規(guī)模很小的時候,我就愿意多投一點(diǎn)化肥,少投固定成本,否則不劃算。兩畝地一年賺不到2000塊錢,我肯定不在意,我在城市打工一個月可能就能賺5000塊錢,所以施肥的時候就很輕松,隨便撒撒就完了,節(jié)約下來的時間就去城里打工了。如果要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化施肥,首先要買機(jī)器,要把肥料深施到土壤里面,這個過程很復(fù)雜。其次施肥的時候要分次,一年施肥多次最理想,先施一遍地基肥,作物種上去了再去追肥,一次不夠再追一次。那么在城里打工的農(nóng)民肯定不愿意干這個事,因?yàn)榛卮迦ナ┓实某杀咎吡恕?/p>

但是,假如你有200畝地,200畝地賺的錢可能已經(jīng)超過在城市打工的收入水平,你就是職業(yè)農(nóng)民了。200畝地施肥的成本就需要2萬,也不可能端著盆去撒,必須用機(jī)器去協(xié)助施肥,那么農(nóng)民不但不愿意過量施肥,還會琢磨2萬的化肥量能不能降到1萬5。如此一來肯定是精準(zhǔn)化的施肥以及分次去施肥。

界面新聞:農(nóng)業(yè)的規(guī)?;?yīng)確實(shí)比較明顯,您覺得在國內(nèi)如何推廣?

谷保靜:跟西方國家不一樣,我們的土地是集體所有,農(nóng)民擁有承包權(quán),經(jīng)營權(quán)可以流轉(zhuǎn),三權(quán)分置。一家一戶一般大概就七八畝地,少的人家三四畝地,我不愿意種的話,可以把地流轉(zhuǎn)給我的鄰居,這種經(jīng)營的方式叫大戶承包,家庭農(nóng)場。家庭農(nóng)場也可以做到100畝甚至200畝地大小。變成家庭農(nóng)場之后,農(nóng)民可能還是覺得地有點(diǎn)小,因?yàn)?00畝地買個大型拖拉機(jī)也不劃算。那么10個家庭農(nóng)場可以并成1個合作社,2000畝地10家人一塊去經(jīng)營,可能會賺得更多。

還有一種情況是像中糧集團(tuán)和江蘇省農(nóng)墾這樣的工業(yè)化種植,直接大面積使用現(xiàn)代化耕作方式,10萬畝地統(tǒng)一經(jīng)營。實(shí)際上在江蘇很多地方已經(jīng)在試點(diǎn)推了,這個叫適度規(guī)模化經(jīng)營。當(dāng)我們把規(guī)?;饰廴娟P(guān)聯(lián)起來之后就發(fā)現(xiàn),實(shí)際上降低化肥污染必須作為一個副產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn),隨著規(guī)?;a(chǎn)解決了,先解決農(nóng)民的收入問題,之后優(yōu)化施肥,最終就把環(huán)境問題也解決了。

界面新聞:據(jù)您估算,施肥過程中造成的污染大約占比是多少?

谷保靜:農(nóng)業(yè)污染能夠貢獻(xiàn)中國氮素污染的一半以上,這一半里面,種植業(yè)跟養(yǎng)殖業(yè)比例差不多,養(yǎng)殖業(yè)稍微大一點(diǎn),種植業(yè)大概貢獻(xiàn)百分之二十幾的污染量。

“農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)”改善錯配

界面新聞:您在論文中提出了一個名為“氮素信用系統(tǒng)”的設(shè)想,您能否解釋一下這個系統(tǒng)在理想情況中應(yīng)該怎樣運(yùn)作?

谷保靜:農(nóng)民要為了改善污染付出成本,但是并沒有獨(dú)享環(huán)境改善帶來的收益,農(nóng)業(yè)氮素信用系統(tǒng)實(shí)際上就是為了解決這個錯配問題。

我們有另外一篇2023年1月份剛發(fā)表在《自然》上的論文,提出了減排氮素的11項(xiàng)措施。但凡農(nóng)民采用這11項(xiàng)措施,政府就給他補(bǔ)貼,補(bǔ)貼的錢從哪來?錢就從環(huán)境改善之后,全社會都獲益的這部分里面摳出來。怎么去執(zhí)行?就是農(nóng)民一旦采用了這些舉措,他就會獲得氮素信用分,就和航司機(jī)票積分一樣,一個積分就可以拿到政府那去換錢,從而解決錯配問題,激勵農(nóng)民去做更多的環(huán)境友好型的操作。

氮素信用系統(tǒng)的本質(zhì)就是對農(nóng)民的綠色生產(chǎn)行為進(jìn)行補(bǔ)貼。2023年1月份的那篇論文出來之后,澳大利亞已經(jīng)去實(shí)踐了,當(dāng)?shù)毓芾泶蟊そ傅臋C(jī)構(gòu)專門寫信來說,他們正在用我們的信用系統(tǒng)去保護(hù)大堡礁。澳大利亞的大堡礁很漂亮,大家都很喜歡去旅游,但大堡礁上游地區(qū)種了很多甘蔗,農(nóng)民為了提升甘蔗的產(chǎn)量大量施肥,肥料就沿河流入海中,引起大堡礁的珊瑚死亡。政府為了解決珊瑚死亡的事件,跟這些農(nóng)民做了協(xié)議,如果農(nóng)民減少氮肥的施用、減少氮素進(jìn)入大堡礁,就能得到信用分,之后可以拿到政府那去換錢。

界面新聞:在減輕氮排放這個領(lǐng)域,您在全球范圍內(nèi)是否看到一些比較有趣的實(shí)踐,可以對中國當(dāng)下的情況有所啟示?

谷保靜:從很長的歷史時間上看,中國肯定是要持續(xù)推進(jìn)規(guī)模化種植,這是第一步。因?yàn)橐?guī)?;螅廴镜拇_降低了很多,也有利于先進(jìn)的機(jī)械和先進(jìn)的管理,現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)能夠真正落到實(shí)地上。

歐洲地區(qū)、美國地區(qū)、澳大利亞地區(qū)的規(guī)?;N植,規(guī)模實(shí)際上都很大。我們有可能達(dá)到歐洲的規(guī)模,歐洲現(xiàn)在差不多10個公頃,100多畝地。國內(nèi)現(xiàn)在每個農(nóng)戶的平均規(guī)模是0.5公頃,還是很小。所以我們不要求達(dá)到美國那樣,也實(shí)現(xiàn)不了。

在持續(xù)推進(jìn)規(guī)模化的前提下,氮素信用系統(tǒng)至關(guān)重要。其中分為三個層次。最簡單的就是改用新型肥料——比如說緩控施肥或者是抑制劑肥料——即便采用傳統(tǒng)施肥方式,相比傳統(tǒng)肥料尿素,還是可以大幅度降低污染。但是它價(jià)格要高很多,所以我們推薦政府直接對新型肥料進(jìn)行補(bǔ)貼,讓新型肥料跟傳統(tǒng)的尿素同價(jià)或者略低一點(diǎn)點(diǎn),不要低太多,否則可能造成過量施肥。或者推薦農(nóng)民讓豆科作物跟其他作物輪作。這些都比較特別容易操作,不受規(guī)模化的影響。

當(dāng)進(jìn)入第二層次的時候,就需要規(guī)模化農(nóng)業(yè)了。如果要優(yōu)化施肥方式,以現(xiàn)在一直推的測土配方技術(shù)為例,可以檢測土壤養(yǎng)分含量,據(jù)此決定要施多少化肥。那么中國有18億塊田的話,一般一塊田要取5個點(diǎn),最終大概需要接近100億樣品,即使每年測一次,一次檢測成本十塊錢,那么一年的測試費(fèi)就要1000億人民幣,此外取樣、運(yùn)輸、實(shí)驗(yàn)室檢測、溝通都是成本,最后光測土配方這件事情可能就要花上萬億的錢,這就不現(xiàn)實(shí)。所以說,需要當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)已經(jīng)達(dá)到比較高的規(guī)?;?。

第三個層次,對社會發(fā)展的程度要求就更高。現(xiàn)在的歐美國家測土配方是常態(tài),因?yàn)樗奶飰K比較大,經(jīng)濟(jì)水平很高,農(nóng)民受教育水平也很高,有先進(jìn)的技術(shù),比如無人機(jī)甚至是遙感幫你看地面的情況,遠(yuǎn)程決定要用什么施肥。

所以我們的信用系統(tǒng)里面實(shí)際區(qū)分了三個層次,根據(jù)技術(shù)條件去采用不同的策略和方式補(bǔ)貼和引導(dǎo)農(nóng)民,確保不影響糧食安全。中國每年的中央1號文件都是關(guān)于糧食安全的,為什么?因?yàn)檫@個事情很重要,也很復(fù)雜,涉及到很多技術(shù)問題,管理問題、制度問題,甚至是社會整體的發(fā)展問題。

界面新聞:再說回這次獲獎的論文《在緩解空氣PM2.5污染方面,減少氨比氮氧化物更具成本效益》,您怎么樣評價(jià)論文的科學(xué)意義和政策意義?

谷保靜:科學(xué)意義上,實(shí)際上之前很少有人量化過空氣污染里面到底哪種污染物的貢獻(xiàn)大。過去量化的時候很容易采用的方式是檢測空氣污染物的組成成分,那么氨占比會很小,因?yàn)榘睔馀c氮氧化物、二氧化硫相比很輕,但是氨氣又是堿性氣體,二氧化硫和氮化物都是酸性的,在反應(yīng)過程中很容易形成氨鹽。因此,除了重量貢獻(xiàn)之外,氨還會有反應(yīng)的貢獻(xiàn)。

所以,我們用大氣化學(xué)模型,通過模擬實(shí)驗(yàn)的方式把氨摳掉,去看它整體上的貢獻(xiàn),會比原來的檢測方式更合理。同時,我們構(gòu)建這個指標(biāo)把前體物跟最終的污染物聯(lián)系起來,希望能夠量化清楚,同時把貢獻(xiàn)最終連接到人體健康效應(yīng)上。我們做了大量的健康效應(yīng)的分析和成本收益的分析,最終能夠量化出來,考慮到成本問題,控氨實(shí)際上是一個更優(yōu)的策略。因?yàn)殡x開成本去談?wù)摥h(huán)境治理是不負(fù)責(zé)任的。我們可以寫一個非常完美的方案,但是這個方案要花光全球所有的GDP才能夠?qū)崿F(xiàn),那也不現(xiàn)實(shí),所以我們要把成本控制在合理范圍內(nèi)。

從政策意義上來講,中國控制氮氧化物已經(jīng)有一段時間了,所以我們需要把氨氣也納入進(jìn)來,作為共同控制的點(diǎn)。世界衛(wèi)生組織推薦的5微克每立方米是一個特別低的濃度值,現(xiàn)在很多發(fā)達(dá)國家還沒達(dá)到,發(fā)達(dá)國家一般是按照之前10微克每立方米來。中國原來的安全值是75微克每立方,十三五期間已經(jīng)達(dá)到了,但現(xiàn)在還是比10微克要高很多。所以要現(xiàn)在從四五十的水平降到10、降到5的話,需要進(jìn)一步把這些東西都納入減排體系里面。

界面新聞:獲得前沿地球獎對您個人來說意味著什么?可能對中國的科學(xué)界來說又意味著什么?

谷保靜:我認(rèn)為這是對我們整個團(tuán)隊(duì)工作的一種肯定。這讓我們更有信心,相信我們對地球科學(xué)系統(tǒng)的研究還是有一定貢獻(xiàn)的。另一方面這個獎項(xiàng)也能夠激勵更多的人投身于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的研究。因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)不像別的領(lǐng)域,更容易做出產(chǎn)品或?qū)@h(huán)境保護(hù)本身就是一個公益事業(yè)。

在氣候變化的壓力下,極端氣候事件比如極端高溫、極端低溫、極端干旱、極端暴雨日益頻繁,未來保護(hù)環(huán)境變成特別大的社會發(fā)展需求的時候,我們能夠通過前沿地球科學(xué)獎推動更多的年輕人、更多的科學(xué)家進(jìn)入這個領(lǐng)域,相信這對于本次會議提到的“加速地球的保護(hù)進(jìn)程”至關(guān)重要。

(實(shí)習(xí)生高鉑寧對此文有貢獻(xiàn))

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