食物在气候变化中的作用已成为我们这个时代面临的决定性挑战之一。牛排、水果或沙拉从广阔的农田到我们餐桌上的整个过程都会对环境产生重大影响。

这一挑战的核心是大量使用化肥和全球人口不断增长对肉类的需求。

作为地球、气候和大气科学家，我们追踪全球温室气体排放，并刚刚发表了迄今为止对食品生产中产生的强大温室气体——一氧化二氮(N2O)最全面的评估。

继二氧化碳和甲烷之后，一氧化二氮是人类排放到大气中最重要的温室气体。虽然大气中的一氧化二氮比二氧化碳少，但它使地球变暖的威力却是二氧化碳的300倍，而且它会在大气中滞留，保持热量长达一个多世纪。如今，大气中的一氧化二氮水平比工业革命前高出约25%，而且仍在以更快的速度上升。

我们发现，在全球范围内，化肥和牲畜粪便管理导致N2O排放量增加，并使其在大气中迅速积累。这不仅仅是一个气候问题。N2O还会破坏保护人类免受有害太阳辐射的臭氧层。而田地中的氮径流会污染水道，增加有害藻类的繁殖，并形成缺氧的死区。

N2O排放量的增长令人担忧，但当今人们拥有扭转这一趋势所需的知识和许多技术。

2010-2019年期间N₂O年度排放源及变化。以百万公吨为单位。来源：全球碳计划，CCBY

N2O排放来自哪里?

工业革命之前，森林土壤和海洋中微生物产生的N2O的天然来源与消耗空气中N2O的天然汇大致相同，因此大气中的N2O浓度相对恒定。

然而，人类人口及其对食物的需求迅速增长，打破了这种自然平衡。

我们发现，过去四十年来，仅人类活动就使N2O排放量增加了40%，其中农业活动占人类活动N2O总排放量的约74%。

人类活动产生的N2O的最大来源是农业、工业以及森林或农业废弃物的焚烧。

氮肥在农业中被广泛使用，是最大的排放源之一。全球农业N2O排放量的70%是由化肥造成的。密集养殖产生的动物粪便约占30%。水产养殖(如养鱼)是排放量较小但增长迅速的来源之一，尤其是在中国，过去40年来增长了25倍。

除农业外，尼龙、炸药和肥料的生产等工业过程以及化石燃料的燃烧也会产生N2O排放，但程度低于农业。

图片来源：TheConversation

各国N2O排放量

由于社会、经济、农业和政治原因，各国的排放量存在很大差异。

过去四十年来，中国和印度等新兴经济体为了满足不断增长的人口的粮食需求，不断提高农业生产力，导致N2O排放量强劲上升。

中国是最大的化肥生产国和使用国。2015年发布的《2020年化肥使用量零增长行动计划》有助于减少N2O排放。然而，其工业N2O排放量仍在持续上升。

在巴西和印度尼西亚，为了种植农作物和饲养牲畜而砍伐和焚烧森林，再加上日益密集的耕作方式，加剧了自然源的氮损失并增加了温室气体排放。

非洲有机会在不增加氮肥施用量的情况下增加粮食产量。然而，北非国家的排放量在过去二十年中增长了两倍多，这主要是由于非洲牲畜数量的大幅增长。

然而，一些地区已经能够通过更可持续的做法减少部分N2O排放。

欧盟、日本和韩国在过去40年中都成功减少了人为N2O排放，尽管它​​们仍然是全球主要排放国;减排主要来自20世纪90年代的化学工业。它们在农业中的氮肥使用也变得更加高效;然而，它们仍有工作要做。它们直接施肥和粪肥的排放量仅略有下降，最近已趋于平稳。

图片来源：TheConversation

在美国，农业排放量持续上升，而工业排放量略有下降，总体排放量相当平稳。

如何减少N2O排放

应对减少N2O排放的挑战需要政策干预、技术创新和个人行动相结合。例如：

政策可以通过各种激励项目鼓励农民采用氮高效实践，优化肥料使用，减少氧化亚氮排放和其他形式的氮污染。

精准农业技术，包括使用遥感和卫星GPS导航设备，可以帮助农民改变施肥量，以优化养分管理，最大限度地减少氮损失，从而减少N2O排放。

控释制剂和硝化抑制剂等高效氮肥的开发和采用也为减少氮流失和抑制农业土壤中的N2O排放提供了有希望的方法。

同样地，牲畜管理方面的创新，例如膳食补充剂和改进的废物管理方法，可以减少牛排放的N2O量。

工业，尤其是尼龙和化肥生产，可以采用现有的、负担得起的技术来减少几乎所有的N2O排放。这对于实施和气候来说都是轻而易举的。世界上大多数国家已经这样做了，剩下的大部分N2O工业排放则由中国和美国承担。

消费者还可以增加植物性食物在饮食中的比重。除非你愿意，否则你不需要成为纯素食主义者，但减少肉类和奶制品的消费频率和份量对你和环境都有好处。堆肥食物垃圾和减少草坪肥料使用等环保做法也有帮助。

总体而言，需要采取结合政策、技术和个人行动的整体方法来应对N2O排放和应对气候变化。随着政府、行业和公民共同努力实现可持续的未来，这些战略将有助于确保子孙后代的粮食安全和环境可持续性。

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