被遗忘的温室气体：美国和中国农业面临的一氧化二氮问题

Originally published on December 1, 2022 - English version here

去年11月埃及COP27气候大会期间，中国国家主席习近平和美国总统拜登达成一致重启双边气候谈判，谈判将以《中美应对气候危机联合声明》和《中美格拉斯哥宣言》中强调的清洁能源和绿色、气候适应型农业为基础。细节仍有待完善，但重新开启的对话可能会围绕粮食生产的温室气体排放开辟一个新的合作领域，经常被忽视的寿命较长的气候污染物一氧化二氮（N2O）可能成为重点。 

政府和农民所做的一些决定是出于好意，但却导致农业生产过程中排放出大量的氮，造成藻类大量繁殖并释放出温室气体。在美国，79% 的一氧化二氮排放来自农业。2008 年，中国农业的氧化亚氮排放量占全国氧化亚氮排放量的 74%。 

许多美国人都在学校里学过美洲原住民教清教徒种植玉米的历史。他们把一条小鱼和玉米种子埋在一起，为植物生长提供氮肥。1620 年，在清教徒到达美国的同一时期，中国农民在从豆饼、动物粪便，甚至从人们的粪便中收集氮肥。很久以前，农民就已经意识到土壤、水和阳光不足以种植粮食，氮起着至关重要的作用。 

"物极必反"这个词也适用于氮。氮是每个细胞 DNA和调节每个生物体内生物进程的蛋白质的组成部分，地球上的生命离不开氮，但农业土壤中过多的氮会成为空气和水的污染物。其中一种污染物便是一氧化二氮，这是一种强效且寿命较长的温室气体，温室气体效应比二氧化碳强 300 倍，可在大气中存在 120 年之久。 

美国和中国都是世界上重要的粮食生产国。中国是全球最大的粮食生产国。美国被认为是粮食市场超级大国，也是全球最大的粮食出口国。中美两国在粮食生产方面处于领先地位，而且在埃及举行的 COP27 会议上达成了重启气候对话的新协议，因此两国完全有能力在绿色农业方面发挥领导作用，以应对气候变化。 

氮的多面性  

20 世纪 50 年代，"绿色革命"（Green Revolution）首先由福特基金会和洛克菲勒基金会资助，随后得到政府机构的支持，旨在为全世界提供粮食。曾获诺贝尔奖的美国科学家诺曼· 博洛格（Norman Borlaug）和曾获世界粮食奖的中国科学家袁隆平都提倡使用化肥来提高产量，使得数百万人免于饥饿。氮肥的引入增加了农民的收入，减少了收集和运输污水和粪便作为肥料的繁重劳动。但随之而来的问题是大力推广的这类农业实践，造成了氮从肥料转变成了空气、水和气候污染物。 

氮是农民可以掌控的最重要的增产方式。由于价格相对低廉，很容易会过量施用。在美国，只有约 35% 的农作物以正确的比例、时间和位置施用氮肥。在中国，化肥的过量使用率因作物和地区而异，但总体超过 50%。 

氮并非一开始就是温室气体。过量的氮在潮湿的土壤中通过自然过程从肥料转化为一氧化二氮，而一氧化二氮则是一种温室气体。在水田中种植的水稻会排放甲烷和一氧化二氮。据估计，全球水稻生产排放的温室气体相当于 600 座煤电厂产生的温室效应。 

氮是每种生物的组成部分，因此土壤中必须有氮，植物才能生长。有些植物具有从空气中直接获取氮的独特能力。大豆、花生、苜蓿和紫花苜蓿等固氮植物甚至可以肥沃土壤，为其他植物提供氮。然而，大多数植物都需要肥料才能生长。因此，几个世纪以来，农民将粪肥和堆肥运到田里，以提供必要的氮。 

据中国农业科学院副院长、研究员董红敏博士介绍，施用粪肥不仅能增加有机质、改善土壤性质，还能替代化学肥料。她的研究还强调了粪肥处理和施用方式的重要性。 由于粪肥含有大量氮，将液体粪肥注入土壤可以减少臭味和降低养分流失，但也会增加一氧化二氮的排放。 

政策影响 

美国是第四大氮肥生产国，其产量足以满足大部分国内需求。为了更好地管理氮肥以减少养分流失，美国农业部向农民提供资金和技术援助，帮助他们制定养分管理计划。肥料研究所（The Fertilizer Institute）率先开发并推广自愿性的 4R 养分管理计划（4R Nutrient Stewardship Program），为更好地管理肥料提供了一个框架。农民们需要根据作物的需求来选择合适的肥料来源（Right source）、合适的施肥量（Right rate）、合适的施肥时间（Right time）和合适的施肥点（Right place）。 

由业界发起的自愿性 4R 养分管理计划促进了不同利益群体就这一问题开展合作。俄亥俄州农业企业协会的 4R 外联协调员马克· 弗里茨（Mark Fritz）指出，该计划的支持者包括大自然保护协会、州环境监管机构以及俄亥俄州农业局。然而，目前针对养分管理的财政和技术援助政策还不够充分。在美国，估计有 1.08 亿英亩的土地需要改进氮肥管理，这一面积相当于加利福尼亚州的面积。 

中国是氮肥的最大用户，目前消耗的氮肥占全球总量的三分之一。这种做法让中国得以实现粮食自给自足。中国还拥有最大的氮肥工业，使用煤炭生产大量化肥。自 2006 年以来，中国一直对氮肥进行补贴，这导致了农业对氮肥的过度使用。 

2018 年，中国的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中增加了农业排放。随后，2020 年出台了化肥使用量零增长的新规定。中国的农业部门规模庞大，拥有 2 亿个小农场，其中大部分面积不足一英亩。同时，农业也是多样化、分散化和无组织性的，教育支持有限，几乎没有监管。中国的农业技术推广隶属于政府的农业农村部，一直以来为农民提供的教育计划并不包括环境保护。美国的 4R 养分管理理念也在中国得到推广，但由于中国的农场规模很小，实施起来并不现实。 

解决全球面临的氮问题，让“绿色革命”真正成为绿色革命的呼声越来越高。美国和中国都没有减少一氧化二氮排放的政策范例。继在格拉斯哥峰会上发表气候危机联合声明和在第二十七届缔约方会议上达成双边协议之后，两国的农业科学家和政策制定者有机会携手合作，减少氧化亚氮这种威力巨大的温室气体的排放。