清洁空气能提高农作物产量

事实证明，美国农业产量惊人的一个关键因素是农民几乎无法控制的：清洁空气。 斯坦福大学主导的一项新研究估计，1999 年至 2019 年期间的污染减少贡献了该期间玉米和大豆产量增加的 20% 左右——每年价值约 50 亿美元。

本周发表在《环境研究快报》上的分析表明，四种主要的空气污染物对农作物的危害特别大，在研究期间平均损失了约 5% 的玉米和大豆产量。 研究结果可能有助于为技术和政策变化提供信息，使美国农业受益，并强调减少世界其他地区空气污染的价值。

“过去很难衡量空气污染的影响，因为即使相距仅 10 英里的两个农民也面临着截然不同的空气质量。 通过使用卫星，我们能够测量非常精细的尺度模式并解开不同污染物的作用，”该研究的主要作者、食品安全与环境中心的 Gloria 和 Richard Kushel 主任 David Lobell 说。

该研究强调了卫星在以其他方式不可能实现的规模上阐明污染影响的巨大能力。 在无法获得空气监测器和产量数据的国家，这种力量可能具有更大的价值。

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科学家们早就知道，高剂量的空气污染对植物的生命有害，但在目前的水平下，农民的产量实际上受到了多大的伤害。 污染对农业的整体影响以及个别污染物的影响也仍然未知。

Lobell 和该研究的合著者 Jennifer Burney 着眼于九州地区（伊利诺伊州、印第安纳州、爱荷华州、密歇根州、明尼苏达州、密苏里州、俄亥俄州、南达科他州和威斯康星州），该地区的玉米和大豆产量约占全国的三分之二。 加州大学圣地亚哥分校环境科学副教授着手测量臭氧、颗粒物、二氧化氮和二氧化硫对作物产量的影响。

臭氧是氮与碳氢化合物（例如汽车尾气中发现的碳氢化合物）之间由热量和阳光驱动的化学反应产生的结果。 颗粒物是指大颗粒的灰尘、污垢、烟尘或烟雾。 二氧化氮和二氧化硫是主要通过发电厂和其他工业设施燃烧化石燃料而释放到大气中的气体。

“这是一个棘手的问题，因为从历史上看，我们对不同类型空气污染物的测量和我们对农业产量的测量并没有真正以必要的分辨率在空间上重叠，”伯尼解释说。  “借助新的高空间分辨率数据，我们可以在污染监测器和已知污染物排放源附近查看作物产量。 这揭示了不同污染物造成的不同程度负面影响的证据。”

洛贝尔和伯尼将他们的分析追溯到 1990 年，当时国会通过了清洁空气法案修正案，导致全国空气质量显着改善。 研究人员查看了来自该地区数百个监测站的空气污染数据、关于发电厂排放的联邦数据、这些发电厂周围二氧化氮的卫星观测、来自联邦调查和卫星图像的作物产量数据以及天气数据 解释已知的可解释作物产量变化的生长季节条件。

 令人惊讶的发现

洛贝尔和伯尼的发现让他们大吃一惊。 他们的发现包括：四种污染物中的每一种都对玉米和大豆产量产生负面影响，并且距离发电厂（尤其是燃煤设施）越远的作物产量明显增加。 每种污染物的独特空间模式使他们能够以过去研究无法实现的方式解开每种污染物的影响。

研究人员估计，过去 20 年，这四种污染物的总产量损失平均为玉米 5.8% 和大豆 3.8%。 随着空气变得更清洁，这些损失随着时间的推移而下降。 事实上，空气污染的减少使玉米产量估计增长了 4%，大豆产量增长了 3%——相当于这段时间内玉米总产量增长的 19% 和大豆总产量增长的 23%。

 “我们已经知道，清洁空气法案为人类健康带来了数万亿美元的好处，所以我认为这些数十亿的农业利益是锦上添花，”洛贝尔说。  “但即使这只是清洁空气带来的一小部分好处，它也是我们继续提高农业生产力能力的重要组成部分。”

Lobell 还是斯坦福大学地球、能源与环境科学学院的地球系统科学教授、斯坦福森林环境研究所的 William Wrigley 高级研究员以及弗里曼斯波利国际研究所和斯坦福大学环境研究所的高级研究员。 经济政策研究。 伯尼还担任加州大学圣地亚哥分校全球气候政策和研究的 Marshall Saunders Chancellor's Endowed Chair，并且是加州大学圣地亚哥分校政策设计和评估实验室的研究附属机构，斯坦福大学食品安全和环境中心的研究员，以及 加州大学圣地亚哥分校的科学政策研究员计划。

这项研究由 NASA 和美国国家科学基金会资助。

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