近年來(lái)，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(guó)多個(gè)城市深受“霾伏”影響，這已經(jīng)成為區(qū)域或全國(guó)性的環(huán)境問(wèn)題，引起人們的強(qiáng)烈關(guān)注。
但是，目前對(duì)霾污染影響的研究，主要集中在對(duì)人體健康領(lǐng)域的研究，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響評(píng)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(duì)我國(guó)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(huì)對(duì)糧食作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。
霾污染區(qū)與產(chǎn)糧區(qū)重合
多年來(lái)，鐵學(xué)煕一直關(guān)注并參與中國(guó)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(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專(zhuān)家，并且開(kāi)始系統(tǒng)地進(jìn)行我國(guó)霾污染的研究。
“經(jīng)過(guò)多年的研究，我注意到了我國(guó)霾（PM2.5）污染具有一些顯著的特征。”鐵學(xué)煕在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示。
第一個(gè)特征就是國(guó)外污染比較集中于大城市的污染，因此對(duì)人體健康有集中的影響，比如美國(guó)的洛杉磯；而我國(guó)的霾污染不僅僅在大城市，更是一個(gè)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(guó)大面積的霾污染和我國(guó)重要的產(chǎn)糧區(qū)有著重合特征，比如華北平原、長(zhǎng)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(shí)也是我國(guó)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(guó)總產(chǎn)量45%和75%。
“這些地區(qū)有嚴(yán)重的區(qū)域污染，同時(shí)又是我國(guó)重要的產(chǎn)糧地區(qū)?！辫F學(xué)煕說(shuō)。
因此，鐵學(xué)煕認(rèn)為有必要系統(tǒng)研究和評(píng)估霾污染對(duì)我國(guó)的糧食產(chǎn)量的影響。
“空氣污染物對(duì)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(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)的影響。但是我國(guó)近年來(lái)出現(xiàn)的大范圍霧霾污染對(duì)農(nóng)業(yè)的影響則沒(méi)有得到大家的關(guān)注。”中科院地球環(huán)境研究所曹軍驥在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示。
在鐵學(xué)煕看來(lái)，研究區(qū)域霾污染對(duì)我國(guó)水稻、小麥等糧食作物產(chǎn)量的影響非常重要且意義重大。
“進(jìn)行該項(xiàng)研究不但有惠于我國(guó)人民的身體健康，而且會(huì)有助于我國(guó)的糧食產(chǎn)量提高，將會(huì)對(duì)我國(guó)治理霾污染有著很好的促進(jìn)作用。”鐵學(xué)煕說(shuō)。
影響弊大于利
“霾污染對(duì)農(nóng)業(yè)的影響是多方面的?！辈苘婓K指出。
充足的光照環(huán)境是合成葉綠素的必要條件，對(duì)農(nóng)作物種子的萌發(fā)、生長(zhǎng)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(yáng)輻射達(dá)到地面的熱量。在霾污染天氣狀況下，空氣流動(dòng)性差、能見(jiàn)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(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育，從而導(dǎo)致減產(chǎn)。”曹軍驥表示。
除了會(huì)影響光合作用之外，持續(xù)的重度霾污染天氣，會(huì)造成日照不足，容易誘發(fā)各種病害。
在曹軍驥看來(lái)，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(duì)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(duì)土壤產(chǎn)生影響，形成酸沉降，使土壤質(zhì)量下降，這樣帶來(lái)的后果是影響農(nóng)作物系統(tǒng)。
衛(wèi)星遙感MODIS 觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)這四個(gè)主要糧食產(chǎn)區(qū)與氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）有較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，產(chǎn)糧區(qū)的AOD值均較高。采用對(duì)流層紫外—可見(jiàn)光模型的計(jì)算結(jié)果表明，這些區(qū)域太陽(yáng)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(guó)的1%~2%和4.5%~8%。
不過(guò)，專(zhuān)家指出，霾污染天氣對(duì)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(duì)農(nóng)業(yè)的影響有利亦有弊，但總體而言是弊大于利?！辈苘婓K表示，此次研究結(jié)果表明我國(guó)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(duì)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(shí)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(duì)我國(guó)大面積的霾污染，他們主要分析了多年的衛(wèi)星觀測(cè)資料，并對(duì)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(lèi)資料收集的過(guò)程十分困難?！耙鰷?zhǔn)確的評(píng)估，模式計(jì)算需要用到農(nóng)業(yè)的各類(lèi)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(shí)也對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)?！辈苘婓K說(shuō)。
“衛(wèi)星觀測(cè)的霾污染的資料會(huì)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(wèn)題?！辫F學(xué)煕表示。
此外，研究人員還采用了美國(guó)大氣中心的太陽(yáng)輻射模式對(duì)霾污染對(duì)地面太陽(yáng)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(duì)一個(gè)地面點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，要解決對(duì)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(shí)計(jì)算。”鐵學(xué)煕說(shuō)，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(wèn)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(guó)內(nèi)科學(xué)同仁加以完善和進(jìn)一步的探討?！辫F學(xué)煕表示。
太陽(yáng)光照對(duì)不同莊稼的影響是不同的?！拔覀兡壳笆褂玫氖敲绹?guó)的觀測(cè)結(jié)果，農(nóng)業(yè)部門(mén)應(yīng)該和大氣部門(mén)合作，加強(qiáng)對(duì)此方面的觀測(cè)，以減少評(píng)估的不確切性?！辫F學(xué)煕說(shuō)。
此外，莊稼的生長(zhǎng)主要有三大要素：水、肥、光。“太陽(yáng)光對(duì)莊稼生長(zhǎng)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(shuō)。
他還指出，我國(guó)霾污染還可以對(duì)地面溫度、濕度、微氣象過(guò)程產(chǎn)生影響，也需要進(jìn)行深入的研究。
專(zhuān)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(píng)估了霾污染對(duì)于糧食作物的影響，其意義深遠(yuǎn)。
在曹軍驥看來(lái)，這次模擬工作首次提供了霾污染影響的定量證據(jù)，這對(duì)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(guó)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?cè)陬A(yù)測(cè)第二年農(nóng)業(yè)產(chǎn)量時(shí)，加入這一項(xiàng)影響因素，以更準(zhǔn)確預(yù)報(bào)來(lái)年的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量?！辈苘婓K說(shuō)。
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