Bởi Lindsey Konkel /Ensia

Ghi chú của biên tập viên: Câu chuyện này được sản xuất với sự cộng tác của Mạng Báo cáo Thực phẩm & Môi trường, một tổ chức tin tức điều tra phi lợi nhuận.
Chỉ riêng tại Hoa Kỳ, ô nhiễm không khí giết chết khoảng 115,000 người mỗi năm - gấp hơn ba lần số người chết do các phương tiện cơ giới gây ra. Trên toàn thế giới, một số 7 triệu Theo Tổ chức Y tế Thế giới, trong năm 2012, số người chết do tiếp xúc với ô nhiễm không khí. Mỹ và các quốc gia phát triển khác đã thực hiện các bước quan trọng trong những thập kỷ gần đây để giảm lượng khí thải ô nhiễm từ các ống khói và ống thải. Tuy nhiên, một nguồn đáng ngạc nhiên của các hạt ô nhiễm không khí độc hại - phát thải amoniac từ phân gia súc và bón phân tổng hợp - tiếp tục phát triển ở các khu vực của Hoa Kỳ, Châu Á và Châu Âu.

“Khi mọi người nghĩ về chất lượng không khí, họ nghĩ về các nhà máy, nhà máy điện và giao thông vận tải. Nhưng nông nghiệp cũng là một yếu tố góp phần đáng kể vào việc giảm chất lượng không khí ”, Jason Hill, phó giáo sư kỹ thuật sản phẩm sinh học và hệ thống sinh học tại Đại học Minnesota, cho biết. Hill và các chuyên gia khác cho rằng các giải pháp tiềm năng sẽ dựa trên nỗ lực của các cơ quan quản lý ngành, xã hội và chính phủ.

Khoa học về phát thải amoniac nông nghiệp

Các hạt ô nhiễm không khí nhỏ có thể xâm nhập sâu vào phổi và thậm chí đi vào máu. Ở người già và những người mắc các bệnh tiềm ẩn như hen suyễn và bệnh tim, chúng có thể làm cho các vấn đề về tim và hô hấp trở nên tồi tệ hơn và thậm chí có thể dẫn đến tử vong.

Những hạt vật chất nhỏ bé này - có chiều rộng bằng 1/30 sợi tóc người - được gọi là PM2.5 và có nhiều nguồn gốc. Các nhà máy điện, nhà máy và ô tô có thể bơm các hạt như vậy - và tiền thân của các hạt này - vào không khí. Vì vậy, các sự kiện tự nhiên, chẳng hạn như cháy rừng. Đôi khi PM2.5 hình thành khi các hóa chất dạng khí phản ứng trong khí quyển. Amoniac, một hợp chất dựa trên nitơ, là một trong những hóa chất đó.

Trong 70 năm qua, toàn cầu phát thải amoniac đã tăng hơn gấp đôi từ 23 đến 60 teragram mỗi năm. (Một teragram là 1 tỷ kg hay 2.2 tỷ pound.) Các nhà nghiên cứu cho biết sự gia tăng này một phần lớn là do sự gia tăng lượng khí thải amoniac từ nông nghiệp. Khả năng phát triển cây trồng của chúng ta phụ thuộc vào nitơ, một chất dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng. Nhưng trong điều kiện dư thừa, nitơ có thể gây rắc rối. Nitơ trong chất thải chăn nuôi và trong phân bón dư thừa có thể chuyển thành khí amoniac. Trên thực tế, ở Mỹ và Canada, nông nghiệp chiếm hơn XNUMX/XNUMX của tất cả các khí thải amoniac.

Khi amoniac đi vào khí quyển, nó kết hợp với các chất ô nhiễm không khí - chủ yếu là các hợp chất nitơ và oxit sulfuric - từ các phương tiện, nhà máy điện và nhà máy gần đó để tạo thành PM2.5, có thể di chuyển rất xa trong khí quyển. Đó là cách mà lượng khí thải amoniac ở một vùng của đất nước có thể ảnh hưởng đến chất lượng không khí ở vùng gió xuôi.

Lượng khí thải amoniac được dự đoán sẽ tăng lên ở nhiều nơi trên thế giới trong nhiều thập kỷ tới. Nguồn: Bauer et al. 2016. Ô nhiễm aerosol khí quyển đáng kể do trồng trọt lương thực trên thế giới. Địa vật lý. Res. Lett. 43: 5394–5400
Lượng khí thải amoniac được dự đoán sẽ tăng lên ở nhiều nơi trên thế giới trong nhiều thập kỷ tới. Nguồn: Bauer et al. 2016. Ô nhiễm aerosol khí quyển đáng kể do trồng trọt lương thực trên thế giới. Địa vật lý. Res. Lett. 43: 5394–5400

Vài năm trước, một nhóm các nhà khoa học do Jos Lelieveld, nhà nghiên cứu tại Viện Hóa học Max Planck ở Đức, dẫn đầu. cho thấy rằng khí thải nông nghiệp đóng góp lớn nhất vào PM2.5 ở châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga, Thổ Nhĩ Kỳ và miền đông Hoa Kỳ và là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong do ô nhiễm không khí ở Đức, Nhật Bản, Nga, Thổ Nhĩ Kỳ và Ukraine. Họ ước tính trên quy mô toàn cầu, 2.5/XNUMX số ca tử vong liên quan đến PMXNUMX có thể tránh được bằng cách loại bỏ khí thải nông nghiệp.

James Galloway, một nhà hóa sinh tại Đại học Virginia, người nghiên cứu cách nitơ luân chuyển trong môi trường, cho biết: “Có một mối liên hệ rất chặt chẽ giữa thực phẩm đang phát triển và các hạt nhỏ dựa trên amoniac trong khí quyển.

Carolyn Opio, một quan chức chính sách chăn nuôi tại Tổ chức Nông lương của Liên hợp quốc ở Rome, cho biết các công nghệ để giải quyết vấn đề phát thải amoniac đã tồn tại. Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách áp dụng chúng theo những cách không gây hại cho khả năng sản xuất thực phẩm của chúng ta.

Quản lý phân chuồng

Các nhà nghiên cứu ước tính vật nuôi đó sản xuất đóng góp khoảng XNUMX/XNUMX lượng amoniac phát thải liên quan đến nông nghiệp trong khi việc sử dụng phân đạm đóng góp khoảng XNUMX/XNUMX.

Jeff Collett, nhà khoa học khí quyển tại Đại học bang Colorado, cho biết một cách để giảm lượng khí thải amoniac từ chăn nuôi là giảm lượng nitơ đi vào chất thải chăn nuôi bằng cách giảm hàm lượng protein trong thức ăn chăn nuôi. Trong một hệ thống hoàn toàn hiệu quả, mọi nguyên tử nitơ sẽ tạo ra nhiều bò (hoặc sữa) hơn. Trong thực tế, một lượng đáng kể được bài tiết dưới dạng chất thải, và phần bài tiết này tăng lên khi lượng protein vượt quá nhu cầu ăn kiêng. Opio cho biết: “Có tới 80% nitơ trong thức ăn bị thất thoát ra môi trường. Nhiều hơn 50 phần trăm thành phần nitơ của phân có dạng amoniac, chất này có thể dễ dàng bay hơi và đi vào khí quyển.

Michael Formica, người phát ngôn của Hội đồng các nhà sản xuất thịt lợn quốc gia, cho biết ngành chăn nuôi lợn đã điều chỉnh tỷ lệ đậu nành giàu nitơ so với ngô giàu carbohydrate trong khẩu phần ăn của lợn trong nhiều năm. Mục đích là để cắt giảm chi phí, vì protein thường là phần đắt nhất của thức ăn chăn nuôi. Chế độ ăn kiêng ngày càng được nhắm mục tiêu, và do đó hàm lượng nitơ của lợn phân Formica nói bây giờ “thấp hơn rất nhiều” so với trước đây.

Nitơ còn lại trong phân hữu ích cho việc bón phân. Bí quyết là để nó ở ngoài không khí để thay vào đó nó có thể làm giàu thực vật.

Hơn kỹ thuật Lelieveld cho biết việc tích trữ phân trước khi phân rải trên các cánh đồng có thể hữu ích. Năm 2017, Lelieveld và cộng sự đã tiến hành một phân tích chi phí-lợi ích toàn cầu các lựa chọn khác nhau để giảm phát thải amoniac từ nông nghiệp. Họ ước tính rằng việc giảm 50% lượng khí thải amoniac nông nghiệp trên toàn thế giới có thể ngăn chặn hơn 200,000 ca tử vong mỗi năm trên 59 quốc gia. Các hố sâu, có nắp - bên dưới chuồng gia súc hoặc bên ngoài trong các bể chứa lót bê tông dưới mặt đất - đảm bảo rằng lượng phân tiếp xúc với không khí ít hơn so với lưu trữ trong các hố, đống hoặc ao mở. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc áp dụng rộng rãi việc lưu trữ phân tốt hơn ở Liên minh châu Âu - sử dụng bê tông, tôn hoặc nắp polyester trên các hố chứa phân - sẽ cắt giảm lượng khí thải amoniac chỉ riêng ở EU lên tới 80%.

Trong khi đó, một vấn đề lớn đối với phân ở các nước có thu nhập thấp và trung bình, theo Opio, là những người nông dân có phân không được kết nối tốt với những nông dân cần phân. Bà nói: “Họ thiếu cơ sở hạ tầng để buôn bán phân. Kết quả là, nông dân tiêu thụ phân bón tổng hợp trong khi phân có giá trị bị lãng phí. Vì vậy, các nước đang phát triển nên tập trung vào việc xây dựng năng lực và giáo dục nông dân về những đồng lợi ích kinh tế - những gì nông dân có thể thu được từ việc áp dụng những thực hành này, Opio nói.

Khi sử dụng phân chuồng làm phân bón, một số kỹ thuật dẫn đến lượng khí thải amoniac thấp hơn những kỹ thuật khác. Kỹ thuật cung cấp phân ví dụ như vào đất - phun hoặc bón - thường tạo ra ít khí thải hơn là rải hoặc rải phân trên bề mặt đất.

Bón phân đúng lúc cũng có thể tạo ra sự khác biệt.Bón phân đúng lúc cũng có thể tạo ra sự khác biệt. Ở Colorado, một hệ thống cảnh báo sớm cảnh báo cho các nhà chăn nuôi về các kiểu thời tiết nhất định có nhiều khả năng mang theo khí thải amoniac về phía Rockies. Collett nói: “Có thể bạn thay đổi lịch làm vệ sinh chuồng hoặc đợi một hoặc hai ngày để di chuyển xung quanh hoặc rải những đống phân lớn hoặc bạn thay đổi thời gian bón phân cho cây trồng mới.

Những hành động tự nguyện như vậy mang lại một số tiềm năng để giảm sự lắng đọng nitơ có hại trong Vườn quốc gia Rocky Mountain, ông nói. Collett cho biết một hệ thống tương tự có thể được thiết kế để bảo vệ sức khỏe cộng đồng bằng cách giảm lượng khí thải vào những ngày có điều kiện thuận lợi hơn cho việc hình thành các hạt có hại. Mặc dù các hệ thống dựa trên cảnh báo như vậy có thể giúp giảm tác động phát thải và rất tốt để thu hút cộng đồng các bên liên quan thảo luận và xem xét các giải pháp tự nguyện cho những thách thức xung quanh việc lắng đọng nitơ, nhưng chúng không có khả năng đáp ứng đầy đủ nhu cầu giảm thiểu phát thải, ông nói.

Phân bón nhân tạo

Một số điều chỉnh nhỏ trong loại phân đạm tổng hợp được sử dụng trên các cánh đồng cũng có thể cắt giảm lượng khí thải amoniac. Hill và cộng sự cho thấy rằng đối với sản xuất cỏ switchgrass, một sự thay đổi đơn giản từ loại phân đạm này sang loại phân bón khác ít bay hơi hơn có thể làm giảm lượng khí thải amoniac và cắt giảm khoảng một nửa chi phí y tế liên quan.

Cắt xoay Matt Liebman, giáo sư nông học tại Đại học bang Iowa, cho biết bao gồm các loại cây trồng như cỏ linh lăng và cỏ ba lá lấy nitơ từ khí quyển có thể giúp nông dân cắt giảm lượng phân bón gốc nitơ mà họ sử dụng ngay từ đầu.

Và một hệ thống trồng trọt kết hợp giảm làm đất và che phủ cây trồng liên tục trong năm “làm tốt hơn công việc giữ đất tại chỗ và ngăn chất dinh dưỡng di chuyển đến những nơi không thuộc về chúng hơn so với độc canh chiếm đất từ ​​ba đến bốn tháng trong năm,” Liebman nói.

Nếu chúng ta có các công cụ và công nghệ để kết hợp các biện pháp giảm phát thải amoniac vào canh tác, tại sao chúng ta không làm nhiều hơn để giảm lượng khí thải này ngay bây giờ? Câu ngạn ngữ cổ "đơn giản nhưng không dễ dàng", đã tóm tắt khá nhiều. Ở các nước đang phát triển, cơ sở hạ tầng đặt ra một thách thức lớn. Tại Hoa Kỳ, quy định lỏng lẻo về phát thải amoniac không khuyến khích hành động. Một số nhóm ngành chăn nuôi cho biết không có vấn đề gì về lượng khí thải amoniac cần khắc phục. Có những rào cản trả trước cho nông dân - bao gồm chi phí lao động liên quan đến việc thay đổi hệ thống canh tác hoặc phân bón hiện tại. Lelieveld nói, người tiêu dùng sẵn sàng trả nhiều hơn cho thực phẩm được sản xuất theo cách có trách nhiệm với môi trường cũng đóng một vai trò quan trọng.

Câu hỏi về quy định

Hoa Kỳ quy định PM2.5 và các chất ô nhiễm dạng khí, bao gồm lưu huỳnh điôxít, nitơ điôxít và ôzôn trên mặt đất, theo Đạo luật không khí sạch. Kết quả là, mức độ của các chất ô nhiễm này đã giảm trong vài thập kỷ qua. Tuy nhiên, amoniac dạng khí, tiền thân của PM2.5, đã không nhận được nhiều sự quan tâm của các cơ quan quản lý chính phủ.

Galloway nói rằng một phần là do cách amoniac được thải ra. Tương đối dễ dàng để điều chỉnh các nguồn điểm ô nhiễm không khí bằng cách đặt một bộ chuyển đổi xúc tác trên ô tô hoặc thiết bị khử trên một ống khói, nhưng các nguồn amoniac không đồng nhất và có tính lan tỏa. “Với amoniac, không có cách nào điều chỉnh trực tiếp lượng khí thải. Bạn phải trở nên hiệu quả hơn trong việc trồng trọt và quản lý phân, ”Galloway nói.

Năm 2011, Ủy ban Nitơ tích hợp của Ban Cố vấn Khoa học Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ đề nghị rằng EPA khám phá việc điều chỉnh lượng khí thải amoniac. Các nhóm ngành nông nghiệp phản đối động thái này. EPA vẫn chưa hành động theo các khuyến nghị, mặc dù cơ quan này coi phát thải amoniac là tiền thân của PM2.5 và thừa nhận rằng tiếp xúc với không khí amoniac lâu dài có thể làm tăng nguy cơ hô hấp và các vấn đề về phổi khác.

Các nhà khoa học EPA sử dụng mã nguồn mở Mô hình Chất lượng Không khí Đa quy mô Cộng đồng (CMAQ) để lập mô hình các kịch bản ô nhiễm không khí và trả lời các câu hỏi còn tồn tại về sự đóng góp ô nhiễm không khí của khí amoniac từ nông nghiệp. Jesse Bash, một nhà khoa học vật lý tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Phơi nhiễm Quốc gia của EPA, cho biết mô hình này cho phép các nhà nghiên cứu điều tra sự thay đổi trong lượng khí thải amoniac từ các lĩnh vực khác nhau có thể thay đổi nồng độ vật chất dạng hạt theo thời gian. Theo Bash, việc giảm lượng khí thải amoniac có thể làm giảm nồng độ vật chất dạng hạt ở một số vùng so với những vùng khác. Ông nói: “Có được thông tin đó sẽ giúp chúng tôi phát triển một mô hình phù hợp để cung cấp thông tin cho mọi người về phía chính sách.

Một số quốc gia ở châu Âu, bao gồm Hà Lan và Đan Mạch, đã thực hiện các bước để giảm lượng khí thải amoniac từ nông nghiệp. Các Amoniac Hà Lan và Đơn đặt hàng chăn nuôi tạo ra các quy tắc về chuồng trại mới và thức ăn chăn nuôi tốt hơn để giảm lượng amoniac rời khỏi trang trại. Năm 2012, Ủy ban Kinh tế Châu Âu (một chương trình của Liên hợp quốc được thành lập để khuyến khích hợp tác kinh tế giữa các quốc gia thành viên) đã đưa ra các giới hạn và mục tiêu cắt giảm tự nguyện cho các quốc gia thành viên EU thông qua Nghị định thư Gothenburg của Liên hợp quốc' Công ước về ô nhiễm không khí xuyên biên giới tầm xa. Lượng khí thải amoniac ở Liên minh Châu Âu giảm 23% từ năm 1990 đến năm 2015. Trong năm 2015, một số quốc gia thành viên và Liên minh Châu Âu nói chung vượt quá giới hạn amoniac do công ước quy định.

Một cách tiếp cận quy định khác có thể liên quan đến việc giảm sự sẵn có của các chất ô nhiễm không khí khác mà amoniac dạng khí phản ứng với để tạo thành các hạt có hại. Susanne Bauer, một nhà khoa học khí quyển tại Trung tâm Nghiên cứu Hệ thống Khí hậu thuộc Đại học Columbia và Viện Nghiên cứu Không gian Goddard của NASA cho biết: “Bạn cần một lượng ô nhiễm nền nhất định để khí thải nông nghiệp có thể bắt đầu tăng PM2.5.

Bauer và các đồng nghiệp của cô ấy đã lập mô hình các kịch bản phát thải trong tương lai và cho thấy rằng việc giảm hơn nữa lượng khí thải từ xe cộ và công nghiệp có thể dẫn đến giảm lượng sol khí có hại cho sức khỏe, ngay cả khi lượng khí thải trang trại tiếp tục tăng. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là chúng ta nên bỏ qua vấn đề phát thải amoniac bây giờ, cô nói.

Bauer nói: “Là một xã hội, chúng tôi thảo luận về các động cơ hiệu quả và các cách tiếp cận khác đối với không khí sạch. “Đã đến lúc bắt đầu có một cái nhìn quan trọng về lĩnh vực sản xuất thực phẩm.” Xem trang chủ của Consia

Ghi chú của biên tập viên: Jason Hill là thành viên của Viện Môi trường, nơi xuất bản Ensia.