人造卫星监测空气品质,证实空气污染影响农业产值

美国农作物产量近年来持续增长,其中一个关键因素却与耕种技术完全无关,斯坦福大学科学家最近一项研究显示,1999~2019年期间美国空气品质改善(注1)是玉米和黄豆增产的主要原因之一。该研究已于今年(2021)七月刊登于《环境研究》(Environmental Research)期刊。

农业供给人类粮食及能源

民以食为天,农业相关进展虽然较少被媒体报道,但其重要性绝不容忽视。农业生产是提供人类粮食最主要的来源,栽种于广阔土地上的作物从土壤中吸收水分及养分,并利用阳光能量进行光合作用,将二氧化碳制成含有糖类、蛋白质及脂肪的农产品,最后成为餐桌上的佳肴及维持人类生存的食物来源。能源作物如玉米、黄豆、油菜籽、甘蔗及椰子等还能提供生质能源,帮助人类减少对石化燃料的依赖,进而降低自然环境污染及破坏。

空气污染的来源

常见的空气污染物包括臭氧、悬浮颗粒、二氧化氮及二氧化硫等,其中臭氧并非由污染源直接排放,而是氮氧化合物与碳氢化合物(来自汽机车所排放之废气)发生化学反应所产生;悬浮粒子则是指悬浮在空气中的固体颗粒或液滴,例如灰尘、烟尘或烟雾等;二氧化氮和二氧化硫的主要来源则是发电厂和其他工业设施燃烧石化燃料所产生。

空气污染对植物的危害

空气污染除了会危害人体健康,对植物也具有伤害。空气中的有毒气体如二氧化硫、臭氧及氮氧化合物等可经由植物叶表张开的气孔进入叶片内部,进而影响光合作用效率并伤害叶片组织,导致叶片变黄、变白而枯萎。有些污染物质(如重金属)会自然沉降或经由雨水侵入土壤,此时植物根部吸收养分的能力会遭受干扰而阻碍生长。已有众多研究文献指出,恶劣的空气品质对农业产出具有负面影响力。

卫星遥测解开空气污染对农业产量之影响

尽管有不少研究已经示警,但斯坦福大学食品与环境安全研究中心(Center on Food Security and the Environment)主任大卫·罗贝尔(David Lobell)表示,科学家很难评估空气污染对不同区域农作物的影响,因为即使相距仅10英里的两个农场,空气品质及作物产量都可能截然不同。

如今,借由人造卫星遥测(注2)所提供不同区域的空气品质数据及作物产量,再配合各农场生产量资料综合分析相关数据后,科学家已能够区分农场之间空气成分的细微差异,并解开不同污染物对农作物产量的影响。这项研究凸显了人造卫星能监测大规模区域的空气品质,此外,在无法获得空气品质监测数据的落后国家,卫星遥测所提供的数据价值更是弥足珍贵。

火力发电厂影响作物产量

本次研究调查区域包括美国伊利诺、印第安纳、爱荷华、密西根、明尼苏达、密苏里、俄亥俄、南达科达和威斯康星等九个州,这些范围内生产的玉米和黄豆约占美国总产量三分之二。

研究人员搜集了各地区空气品质监测站及卫星遥测所提供关于臭氧、悬浮微粒、二氧化氮和二氧化硫含量的相关数据,以及各地区作物产量资料,比对分析之结果显示,上述四种空气污染物皆会减损玉米及黄豆产量。由于燃煤火力发电厂是空气污染的主要来源之一,研究团队也发现距离发电厂愈远之农场,作物产量会随之上升。

结语

团队粗估,过去20年来美国空气污染改善为黄豆、玉米每年产值增加了约50亿美元,影响十分巨大,可见善待地球环境,大自然就会给予难以想象的反馈。而地球各地正发生的暴雨、酷暑、旱灾及暴雪等极端气候现象,则起因于人类数十年来过度排放温室气体所导致的全球暖化及气候异常。

所幸先进国家已有所警觉,减少碳排放,甚至零碳排将是未来趋势,只要人类继续努力,相信大地之母会重新回到从前温柔的模样。

注1:美国于1990年颁布空气清洁法修正案(Clean Air Amendments of 1990,CAAA),赋给环保单位更大的权力,使其可以实施及执行减少空气污染物质排放的相关法规,美国境内的空气品质因此有了显著的改善。注2:目前的卫星遥测技术,已能分辨二氧化碳及甲烷等温室气体,也能监测有害气体如二氧化氮含量、细悬浮微粒(PM2.5)的浓度,而且准确率非常高。欧、美及日本等国皆先后发射具监测空气品质之功能的卫星。

(首图来源:pixabay)

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