在国家自然科学基金优秀青年科学基金等项目的资助下，浙江大学环境与资源学院谷保静与国内外合作者利用多模型耦合分析，首次开发了土壤排放-环境质量-健康效应-减排路径氮素管理模式，建立了全球氮素利用与流失标准的成本-收益分析方法，发现全球PM2.5污染治理中NH3减排比NOx减排更有效。

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图1.氨气与氮氧化物、硫等元素反应产生PM2.5

图2.全球N-share的变化

图3. 全球减排50%氮排放的成本收益

眼见着天气日渐转冷，PM2.5导致的污染再次进入公众视野。全球许多国家和地区都把PM2.5污染防治列为环境保护的优先事项。以往大家谈论较多的是其中的硫元素，随着环保研究的不断深入，作为PM2.5来源的另一重要“元凶”的氮素也引起了越来越多的关注。

在长达四年多的研究中，浙江大学环境与资源学院百人计划研究员谷保静联合国际团队，首次分析了氨气(NH3)和氮氧化物(NOx)在全球PM2.5污染形成中的贡献（N-share）及其健康效应，并结合模型分析控制氮排放来减缓PM2.5污染健康效应的路径和成本，研究发现，全球PM2.5污染治理中氨气减排比氮氧化物减排更有效。

这一研究成果于北京时间11月5日，刊登在国际顶级期刊《科学》上。论文第一和通讯作者为浙江大学谷保静研究员，北京大学张霖研究员和英国生态水文中心Mark Sutton教授为论文的共同通讯作者。

一把让人又爱又恨的双刃剑

氮元素跟我们的生活密切相关，大气中的活性氮主要包括氨气(NH3)和氮氧化物(NOx)两类，而这两者恰恰就是形成PM2.5的重要前体物。氮氧化物主要来自城市生产活动，氨则主要来自农业生产活动。自从上世纪20年代有了工业合成氨，化肥就应运而生，农民们得以彻底摆脱了“靠天吃饭”。氮肥在农业生产中贡献很大，有数据显示贡献率可以达到50%左右，对全球粮食生产发挥着重要作用。“之前普遍认为PM2.5污染主要来自城市。其实，虽然氨主要来自于农村，但是也会传输到城市，与氮氧化物、硫等元素反应产生PM2.5，造成空气污染。” 

氮元素就是这样一把让人又爱又恨的双刃剑。有数据显示，全球因为氮排放带来的PM2.5污染导致人类总生命年损失（因病早亡与预期寿命之间的差值）从1990年的1950万增加到2013年的2330万生命年。怎样在合理范围内对氮排放进行有效控制呢？第一步就是需要能准确评估出氮素对空气污染的影响。

然而，氮素不像碳素对气候变化影响那样全球“通行”，相对来说受各国气候条件、人口密度等影响大而显示出较强的区域性，目前还没有一套全球统一的评估体系，亟需一种通用的方法来比较不同国家地区氮排放带来的健康影响，为在全球范围内通过氮素管理控制PM2.5污染提供科学依据。 

氨减排性价比更高

谷保静等研究人员利用GEOS-Chem、EMEP-WRF和TM5-FASST大气化学传输与健康效应估算模型，分析氨和氮氧化物在全球PM2.5污染形成中的贡献(N-share)及其健康效应，并结合GAINS模型分析控制氮排放来减缓PM2.5污染健康效应的路径和成本。

谷保静团队的研究表明，氨在PM2.5的影响力是被低估的：“过去在计算污染物的重要性时常常使用质量占比的角度去分析，这让质量只占PM2.5总质量不足10%的氨被严重忽视。为此，我们以化学反应的摩尔占比来重新考虑问题。通过数据模型，我们发现当氮素排放为0不参加所有化学反应时，PM2.5会下降约40%。”

同时通过计算，联合研究团队还做出了健康效率模型和生命损失金钱估算，首次构建了N-share指标量化全球不同国家氮排放对PM2.5健康效应的贡献，发现全球PM2.5污染治理中氨减排比氮氧化物减排更有效而且成本更低。“传统的研究是被割裂在各自的学科领域，这样很难从策略上看清，我们团队成员学科背景各不相同，可以通过交叉研究的方式把几个方面结合起来一起考虑，从而找到更恰当的分析方法。”

对于下一阶段的控氮，谷保静认为，在现有控制氮氧化物排放的基础上，加大对氨排放的控制，对缓解PM2.5空气污染具有重要意义。“要引导空气治理从城市为主转为城乡协同。具体来说，可以通过推动种植业的规模化以促进优化施肥，这样估计能够减少三分之一的化肥使用量和一半左右的氨排放；另一方面要在养殖场周边配套农田，以便有机肥能直接使用于农田，避免堆积后氨排放到空气中。”

《科学》杂志社同期还邀请了国际氮素研究领域知名教授Jan Willem Erisman，以“氨如何供养以及污染这个世界”为题进行专题评论，指出现在减排氨比随后再去解决其后果更加便宜。《科学》资深编辑Jesse Smith教授，评论该研究“小东西更重要”(Little things matter)，意指氨气分子虽小，但是作用却很大。