科學家最近發現，人類的氮足跡已經遍佈曾經被認為是偏遠和原始的流域，這表明我們對世界的影響比之前想象的更為廣泛。
這些發現表明，自然的氮平衡已經發生了巨大轉變，現在主要受人為因素驅動。這個充滿氮的世界可能會對健康、生態和氣候產生破壞性影響。
氮是所有生命的重要元素。然而，其各種形式對環境的影響並不相同。例如，一氧化二氮是一種特別強大的溫室氣體。據美國環保署稱，它捕獲熱量的能力比二氧化碳強300倍，並且可以在大氣中停留300年。
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與此同時，氮氣佔我們呼吸的空氣的近80%，相對來說是惰性的。其他形式，如硝酸鹽，在大氣中形成氣溶膠，可以播種雲，這通常對氣候有淨冷卻效應。
硝酸鹽、亞硝酸鹽和一氧化二氮可以自然產生，也可以來自人類活動。許多這些化合物是燃燒的副產品，無論是在汽車和卡車中還是在工廠和發電廠中。然而，最大的來源是農業。隨著世界人口激增至70億人，許多人認為氮肥是增加作物產量以養活飢餓星球的唯一途徑。
但真正令人驚訝的是這些影響的規模。根據上個月在《科學》雜誌上發表的一份報告，研究人員發現，人類活動產生的活性氮比所有自然界加起來的還要多。
阿爾伯塔大學地球科學教授、該論文的合著者亞歷山大·沃爾夫說：“幾乎可以肯定的是，人類活動產生的新的固定氮和可利用氮的總量比自然過程產生的總和還要多。”“事實證明，氮迴圈比之前認為的更受人類的普遍控制。”
一個重要的組成部分是液態肥料
固定氮是指從空氣中提取並轉化為更具活性的形式（如氨）的氮，無論是透過細菌還是透過人造技術。然而，人類的影響是如此巨大，以至於來自燃燒和農業的氮化合物已經進入了遠離農場、道路和郊區社群的湖床。
華盛頓大學水生和漁業科學學院的博士後研究員戈登·霍爾特格里夫說：“我們看到了這種明確的人類指紋，現在地球上沒有任何地方完全沒有受到人類的影響。”
在研究湖泊中的鮭魚時，同樣是合著者的霍爾特格里夫發現，湖床中的氮比他預期的要輕。氮有幾種同位素，它們的原子核中的中子數不同。他解釋說，透過燃燒汽油或製造肥料產生的氮傾向於使用較輕的同位素。在檢查了美國、加拿大和格陵蘭北極圈以北的 25 個湖泊和冰芯後，霍爾特格里夫發現了這些可追溯到 1895 年的獨特的人為特徵。
其中大部分氮可歸因於哈伯-博世工藝，該工藝在世界各地用於每年從空氣中提取氮氣並將其轉化為氨和其他形式，從而幫助生產 5 億噸肥料。這使得農民能夠更有效地種植作物，從而提高產量。
然而，大約一半的農業用氮最終會從土壤中流失到空氣或水中。徑流消耗海洋和河流中的氧氣，造成死亡區。它還可能導致藻類大量繁殖，扼殺其他物種，同時汙染飲用水。此外，過量的肥料噴灑會增加大氣中的活性氮。
伍茲霍爾研究中心的執行主任兼高階科學家埃裡克·戴維森上個月在《生態學問題》雜誌上共同撰寫了一項研究，評估了美國過量氮的影響。氮化合物不僅僅影響自然；根據戴維森的說法，它們還會危害人類健康。水中的硝酸鹽會導致出生缺陷，並與癌症有關。
氣候變化可能會使控制更加困難
戴維森說，來自車輛的氮氧化物會在空氣中產生臭氧和細顆粒物，使呼吸更加困難。
隨著全球天氣模式的轉變，這些問題可能會變得更糟。戴維森說：“隨著氣候變化，更好地管理營養物質將更加困難。”“極端天氣可能會因為使作物種植更加困難而增加肥料的使用。”
然而，目前尚不清楚氮化合物本身是否會對全球氣候產生淨變暖或冷卻效應。它們通常會在高層大氣中捕獲熱量，但它們也會形成雲和霧霾，將太陽輻射反射回太空。從天空落下的過量氮也有助於森林的生長，從而收集和隔離溫室氣體。這些因素使得難以在氣候模型中計算氮的影響。
儘管如此，美國在解決氮排放方面取得了一些進展。1963年透過的《清潔空氣法案》迫使汽車製造商生產更清潔的燃燒發動機。“這是圖景中的亮點。催化轉換器的技術已經取得了巨大的進步。自從《清潔空氣法案》及其改進措施透過以來，該國的氮排放量有所減少，”戴維森說。
至於農業，政策制定者需要在滿足人們的短期需求和長期生態破壞問題之間取得平衡。戴維森說：“我們知道如何減少農業系統中氮的流失。問題是如何以經濟的方式做到這一點。”他建議，一些老式技術，如輪作和作物多樣化，可以幫助補充土壤，並使農民免受乾旱和惡劣天氣的影響。
他解釋說：“管理得更好的作物也能更好地適應氣候變化。”
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