灰霾污染或致糧食作物減產(chǎn)

雖然目前研究仍然存在許多不確切性因素，但這也是首次采用模型計(jì)算定量評估了霾污染對于糧食作物的影響，其意義深遠(yuǎn)。

近年來，由于大氣污染物的排放總量不斷增加，導(dǎo)致環(huán)境空氣質(zhì)量日趨下降，空氣污染越發(fā)嚴(yán)重，全國多個城市深受“霾伏”影響，這已經(jīng)成為區(qū)域或全國性的環(huán)境問題，引起人們的強(qiáng)烈關(guān)注。

但是，目前對霾污染影響的研究，主要集中在對人體健康領(lǐng)域的研究，對生態(tài)系統(tǒng)的影響評估比較匱乏。近日，中科院地球環(huán)境研究所研究員鐵學(xué)煕團(tuán)隊(duì)研究了區(qū)域霾污染對我國水稻、小麥產(chǎn)量的影響，證明了霾污染不僅影響人體呼吸系統(tǒng)，危害人體健康，還會對糧食作物生長產(chǎn)生影響。此項(xiàng)研究日前發(fā)表于《科學(xué)報告》。

霾污染區(qū)與產(chǎn)糧區(qū)重合

多年來，鐵學(xué)煕一直關(guān)注并參與中國空氣污染的研究工作。2009年，他被中科院地球環(huán)境研究所聘為國家“千人計(jì)劃”特聘專家，并且開始系統(tǒng)地進(jìn)行我國霾污染的研究。

“經(jīng)過多年的研究，我注意到了我國霾（PM2.5）污染具有一些顯著的特征。”鐵學(xué)煕在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示。

第一個特征就是國外污染比較集中于大城市的污染，因此對人體健康有集中的影響，比如美國的洛杉磯；而我國的霾污染不僅僅在大城市，更是一個大面積的區(qū)域污染，比如面積廣闊的華北平原。

此外，科研人員研究發(fā)現(xiàn)，我國大面積的霾污染和我國重要的產(chǎn)糧區(qū)有著重合特征，比如華北平原、長三角地區(qū)、中東部地區(qū)（湖南、湖北）和四川盆地，這四大糧食產(chǎn)區(qū)同時也是我國霾污染最嚴(yán)重的地區(qū)，這里的水稻和小麥產(chǎn)量分別占全國總產(chǎn)量45%和75%。

“這些地區(qū)有嚴(yán)重的區(qū)域污染，同時又是我國重要的產(chǎn)糧地區(qū)。”鐵學(xué)煕說。

因此，鐵學(xué)煕認(rèn)為有必要系統(tǒng)研究和評估霾污染對我國的糧食產(chǎn)量的影響。

“空氣污染物對農(nóng)業(yè)的影響，在以往的研究中曾經(jīng)得到大家的關(guān)注，如大氣臭氧（O3）污染對長三角地區(qū)的影響。但是我國近年來出現(xiàn)的大范圍霧霾污染對農(nóng)業(yè)的影響則沒有得到大家的關(guān)注。”中科院地球環(huán)境研究所研究員曹軍驥在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示。

在鐵學(xué)煕看來，研究區(qū)域霾污染對我國水稻、小麥等糧食作物產(chǎn)量的影響意義重大。

“進(jìn)行該項(xiàng)研究不但有惠于我國人民的身體健康，而且會有助于我國的糧食產(chǎn)量提高，將會對我國治理霾污染有著很好的促進(jìn)作用。”鐵學(xué)煕說。

影響弊大于利

“霾污染對農(nóng)業(yè)的影響是多方面的。”曹軍驥指出。

充足的光照環(huán)境是合成葉綠素的必要條件，對農(nóng)作物種子的萌發(fā)、生長等起著至關(guān)重要的作用。

“空氣污染物懸浮于空中，吸收、反射了太陽輻射達(dá)到地面的熱量。在霾污染天氣狀況下，空氣流動性差、能見度低，農(nóng)作物失去了所需要的光照條件，光合作用的減少會影響其生長發(fā)育，從而導(dǎo)致減產(chǎn)。”曹軍驥表示。

除了會影響光合作用之外，持續(xù)的重度霾污染天氣，會造成日照不足，容易誘發(fā)各種病害。

在曹軍驥看來，霾污染天氣狀況下大氣顆粒物沉降，其攜帶的有毒有害重金屬、有機(jī)污染物等，對農(nóng)作物系統(tǒng)也產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致農(nóng)作物的品質(zhì)下降。

另外，沉降的顆粒物上攜帶的酸性組分也對土壤產(chǎn)生影響，形成酸沉降，使土壤質(zhì)量下降，這樣帶來的后果是影響農(nóng)作物系統(tǒng)。

衛(wèi)星遙感MODIS 觀測數(shù)據(jù)顯示，我國這四個主要糧食產(chǎn)區(qū)與氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）有較強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系，產(chǎn)糧區(qū)的AOD值均較高。采用對流層紫外—可見光模型的計(jì)算結(jié)果表明，這些區(qū)域太陽輻射受氣溶膠影響減少輻度的最高值可達(dá)28%~49%，由此估算的水稻和小麥作物減產(chǎn)量分別占到全國的1%~2%和4.5%~8%。

不過，專家指出，霾污染天氣對農(nóng)作物的影響也有有利的方面，主要表現(xiàn)在重度霾污染天氣可使地面的水汽不易蒸發(fā)，減少了地面熱量的散發(fā)。而在冬季，因?yàn)檫@樣的“保溫”作用，農(nóng)作物不易遭受凍害，有利于農(nóng)作物越冬。

“霾污染對農(nóng)業(yè)的影響有利亦有弊，但總體而言是弊大于利。”曹軍驥表示，此次研究結(jié)果表明我國空氣污染引起的生態(tài)環(huán)境影響需要引起足夠的重視。因此，要盡快減少大氣污染物排放，減輕霾污染程度，這不僅有利于人民生活質(zhì)量的提高，也對生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展起到重要的作用。

尚存諸多不確切性

研究團(tuán)隊(duì)花了大約三年時間進(jìn)行資料分析整理及大氣模式的改進(jìn)和計(jì)算。

針對我國大面積的霾污染，他們主要分析了多年的衛(wèi)星觀測資料，并對其逐月的變化進(jìn)行分析。

主要參與設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)工作的曹軍驥認(rèn)為，各類資料收集的過程十分困難。“要做準(zhǔn)確的評估，模式計(jì)算需要用到農(nóng)業(yè)的各類精確數(shù)據(jù)，包括水稻、小麥等農(nóng)作物的數(shù)據(jù)。因此我們盡量查閱有關(guān)文獻(xiàn)，同時也對生長過程等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)。”曹軍驥說。

“衛(wèi)星觀測的霾污染的資料會受到云的干擾，形成了很多盲點(diǎn)，我們采取了多年平均方法解決了此項(xiàng)問題。”鐵學(xué)煕表示。

此外，研究人員還采用了美國大氣中心的太陽輻射模式對霾污染對地面太陽輻射的影響進(jìn)行了計(jì)算。

“因?yàn)樵休椛淠Ｊ绞且痪S模式，只能對一個地面點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，要解決對大面積的計(jì)算需要將模式擴(kuò)展為二維模式，并需要將衛(wèi)星資料轉(zhuǎn)換成與模式一致的數(shù)值參數(shù)進(jìn)行逐時計(jì)算。”鐵學(xué)煕說，這就需要大量的計(jì)算。隨著中科院地球環(huán)境所擴(kuò)充了計(jì)算機(jī)的容量，這些問題迎刃而解。

雖然研究取得了一定的成果，“但是，我們的研究目前仍然只是初期階段，還有許多不確切性，需要國內(nèi)科學(xué)同仁加以完善和進(jìn)一步的探討。”鐵學(xué)煕表示。

太陽光照對不同莊稼的影響是不同的。“我們目前使用的是美國的觀測結(jié)果，農(nóng)業(yè)部門應(yīng)該和大氣部門合作，加強(qiáng)對此方面的觀測，以減少評估的不確切性。”鐵學(xué)煕說。

此外，莊稼的生長主要有三大要素：水、肥、光。“太陽光對莊稼生長的影響和各地區(qū)的水、肥條件有關(guān)，因此這方面也存在著很大的區(qū)域性不確切性，需要進(jìn)一步的深入研究。”鐵學(xué)煕說。

他還指出，我國霾污染還可以對地面溫度、濕度、微氣象過程產(chǎn)生影響，也需要進(jìn)行深入的研究。

專家認(rèn)為，雖然目前研究仍然存在許多不確切性因素，但這也是首次采用模型計(jì)算定量評估了霾污染對于糧食作物的影響，其意義深遠(yuǎn)。

在曹軍驥看來，這次模擬工作首次提供了霾污染影響的定量證據(jù)，這對于準(zhǔn)確估算霾空氣污染的損失具有重要作用，可以促使國際上制定正確的污染減排政策以改善霾污染情況。

“這些工作將引起農(nóng)業(yè)科學(xué)家關(guān)注，使他們在預(yù)測第二年農(nóng)業(yè)產(chǎn)量時，加入這一項(xiàng)影響因素，以更準(zhǔn)確預(yù)報來年的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量。”曹軍驥說。