摘要：臭氧污染是一个全球环境问题，不仅威胁人类健康和农作物生产，还会加剧全球变暖。虽然臭氧的形成通常归因于人为污染物，但土壤排放是另一个重要来源。香港理工大学（理大）研究人员研究了 1980 年至 2016 年的全球土壤亚硝酸 （HONO） 排放数据，并将其纳入化学

臭氧污染是一个全球环境问题，不仅威胁人类健康和农作物生产，还会加剧全球变暖。虽然臭氧的形成通常归因于人为污染物，但土壤排放是另一个重要来源。香港理工大学（理大）研究人员研究了 1980 年至 2016 年的全球土壤亚硝酸 （HONO） 排放数据，并将其纳入化学气候模型，以揭示土壤 HONO 排放在增加空气中臭氧混合比及其对植被的负面影响方面所起的关键作用。

土壤微生物活动和农业实践，尤其是施肥，将各种气体从土壤释放到大气中。以前的研究发现，土壤 HONO 排放物占大气 HONO 混合比的 80%。HONO 与大气中其他污染物的相互作用对于臭氧的化学生产至关重要。HONO 还通过提高其前体氮氧化物 （NOₓ） 的浓度来促进臭氧的形成。

理大土木及环境工程学系大气环境讲座教授王涛教授及其研究团队编制了一个来自全球不同生态系统的土壤 HONO 排放测量数据集，并率先提出了一个定量参数化方案来量化排放带来的影响。该研究通过将多个变量（包括土壤温度和土壤含水量等气候因素，以及肥料类型和施肥量）整合到方案中，使全面的数据集测量成为可能。对于微生物活动、土地利用和土壤质地等无法量化的因素，团队根据相应土壤样本的纬度、经度和土地利用数据应用了不同的参数化。研究结果已发表在《自然通讯》上，理大博士后研究员王亚楠博士和山东大学教授李钦义博士是共同第一作者。

全球土壤 HONO 排放量持续增加

研究人员发现，土壤 HONO 排放量已从 1980 年的 9.4 Tg N 增加到 2016 年的 11.5 Tg N。使用化学-气候模型来模拟这些排放对大气成分的影响，他们发现全球表面臭氧混合比平均每年增加 2.5%，局部增加高达 29%。这种增加可能导致植被过度暴露于臭氧中，从而对生态系统平衡和粮食作物的生产产生不利影响。此外，臭氧破坏会降低植被吸收二氧化碳的能力，从而进一步加剧温室效应。

研究团队指出，土壤HONO排放受氮肥使用和气候因素（如土壤温度和土壤含水量）的综合影响，导致季节和地理差异。全球土壤HONO排放在夏季达到峰值，此时土壤温度较高，农作物处于生长季节。研究发现，北半球占全球排放量的三分之二，其中亚洲是最大的排放者，占总排放量的37.2%。排放热点主要集中在印度、中国东部、北美中部、欧洲、非洲大草原和南美洲的农业地区。

污染水平较低的地区受到的影响更大

值得注意的是，在人为排放较少的地区，土壤 HONO 排放对臭氧混合比增加的影响更为显着。这是因为臭氧的形成与其前体 NOₓ 和空气中挥发性有机化合物 （VOC） 的浓度密切相关。通常，在人为排放较少的地区，NOₓ 浓度较低，而 VOC 浓度较高，使这些地区主要处于 NOₓ 限制状态，臭氧对 NOₓ 更敏感。因此，NOₓ 浓度的增加将导致臭氧水平的更大上升。

随着近年来全球减少人为排放的趋势，更多地区可能会转向 NOₓ 限制制度，从而加剧土壤 HONO 排放对臭氧水平的影响。王教授说：“气候变化和化肥使用的增加将导致土壤 HONO 排放持续增加，这可能会抵消减少人为排放所预期的一些好处。了解和管理土壤排放以促进可持续发展至关重要。因此，我们建议在减轻全球空气污染的策略中考虑土壤 HONO 排放。

先进的建模技术和多样化的数据集

在开发稳健的参数化方案时，研究团队整合了先进的建模技术和多样化的数据集，包括来自先前 110 个实验室实验的全球土壤 HONO 排放测量数据，以及来自研究和应用现代回顾性分析第 2 版 （MERRA2） 再分析的数据。研究团队还利用美国国家大气研究中心开发的社区大气化学模型 （CAM-Chem） 气候化学模型来模拟土壤 HONO 排放对大气化学和植被暴露风险的影响。

王教授说：“我们未来的研究将侧重于扩大土壤 HONO 排放的全球观测网络，以及更深入地了解微生物在土壤 HONO 排放中的作用。这两种方法有助于更准确地评估土壤 HONO 排放引起的臭氧和其他二次空气污染物的产生及其对植被的影响。进一步的研究还应探索优化肥料使用的缓解策略，例如深层施肥和使用硝化抑制剂，目的是在保持农业生产力的同时减少土壤 HONO 排放。

来源：人工智能学家