一個研究項目的參與者已經(jīng)確定了在不同氣候條件下減少農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的方法。(M. Zaman/IAEA)由于原子能機構(gòu)與聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(糧農(nóng)組織)合作開展了一項研究項目，已確定了在不同氣候條件下減少農(nóng)業(yè)溫室氣體(GHG)排放的方法。利用同位素技術(shù)，來自世界各地的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出技術(shù)包，各國可以通過更有效地利用水和養(yǎng)分來減緩氣候變化。

當(dāng)農(nóng)民在給他們的農(nóng)作物施肥時，農(nóng)作物將肥料轉(zhuǎn)化為植物生長所需的營養(yǎng)素。與這些工藝相關(guān)的一些副產(chǎn)品以溫室氣體的形式釋放，如一氧化二氮(N2O)、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)，化肥的過度使用導(dǎo)致溫室氣體的過量釋放。根據(jù)糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他土地利用約占全球溫室氣體排放量的四分之一，使用合成肥料占農(nóng)業(yè)總溫室氣體排放量的12%。

反過來，這些氣體會在地球大氣層中捕獲熱量，導(dǎo)致全球變暖，從而改變糧食作物生長的條件，不僅影響作物產(chǎn)量，還影響食品質(zhì)量和糧食安全。

糧農(nóng)組織/國際原子能機構(gòu)糧食和農(nóng)業(yè)核技術(shù)聯(lián)合司的土壤科學(xué)家穆罕默德•扎曼(Mohammad Zaman)說：“大量釋放的N2O尤其令人擔(dān)憂，因為它在吸收熱量方面比二氧化碳強300倍，比CH4強16倍。”“因此，提高農(nóng)業(yè)中的氮效率和阻止氮從土壤中逸出可以大大促進氣候變化緩解戰(zhàn)略。”

為了優(yōu)化農(nóng)業(yè)實踐，來自孟加拉國、巴西、智利、中國、哥斯達黎加、埃塞俄比亞、德國、伊朗、巴基斯坦和西班牙等10個國家的科學(xué)家，以及國際原子能機構(gòu)和糧農(nóng)組織的專家，使用同位素技術(shù)確定影響農(nóng)田溫室氣體排放的因素。在2019年7月結(jié)束的5年期間，使用同位素技術(shù)確定影響農(nóng)田溫室氣體排放的因素。專家們使用穩(wěn)定同位素氮-15和碳-13來確定N2O和二氧化碳排放源，并研究不同土地用途下碳和氮的積累(見用穩(wěn)定同位素追蹤溫室氣體)。

本項目的目標(biāo)之一是研究硝化抑制劑作為溫室氣體緩解方案的適用性。這些抑制劑被添加到氮肥中以減少N2O的排放。“這個項目的一個主要優(yōu)勢是，我們可以在不同的氣候系統(tǒng)中進行這些實驗，無論是溫帶、熱帶還是干旱地區(qū)。這很重要，因為每個地區(qū)的土壤過程和減緩策略都不同。”

巴西是世界上最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國之一，農(nóng)民生產(chǎn)的糧食足以養(yǎng)活該國五倍的人口，因此了解抑制劑在減少氮流失方面的作用非常重要，巴西農(nóng)業(yè)研究公司(Brazil agricultural Research Corporation) 研究員塞貢多.烏爾基亞加(Segundo Urquiaga)說。他說:“尿素是巴西合成氮的主要來源，我們從這個研究項目中得到的結(jié)果非常有希望，因為我們證明，農(nóng)民可以通過使用這些抑制劑來減少尿素的使用，同時提高氮素的使用效率。”“因此，更多的氮可以留在土壤中，盡量減少N2O的釋放。”

然而，根據(jù)烏爾基亞加的說法，合成肥料占巴西農(nóng)業(yè)用氮總量的不到20%。“超過75%來自生物固氮，這是植物將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為需要繁殖的氮的過程，”他說。“因此，氮-15技術(shù)對于我們確定哪些作物具有高生物氮效率至關(guān)重要。由于這一舉措，我們現(xiàn)在知道我們不再需要將氮肥用于大豆作物，這是巴西的主要作物。

同樣，西班牙的研究人員通過量化氨的排放量來研究種植系統(tǒng)中的氮損失，氨是肥料中氮分解過程中釋放的一種氣體，它可以促進溫室氣體的排放。

馬德里理工大學(xué)農(nóng)業(yè)和環(huán)境風(fēng)險管理與研究中心的研究員阿爾貝托•桑茲•科貝納(Alberto santos- cobena)說：“我們的研究證實了尿素抑制劑降低氨排放的潛力。”

“同位素技術(shù)是這一研究領(lǐng)域的獨特工具，”德國吉森賈斯特斯-李比希(Justus-Liebig)大學(xué)的植物生態(tài)學(xué)教授克里斯托夫•穆勒 (Christoph Müller)說。

他說:“要設(shè)計出阻止溫室氣體排放的策略，我們需要知道它們來自哪里，而同位素技術(shù)是唯一可以定量分析土壤中溫室氣體生產(chǎn)過程的方法——告訴我們每種氣體的來源和排放量。”“多虧了這個研究項目，我們現(xiàn)在掌握了在不同氣候條件下減少土壤碳消耗、加強土壤碳氮捕獲和儲存的關(guān)鍵信息。然而，要實施這些戰(zhàn)略，我們需要科學(xué)家與農(nóng)民攜手合作。”

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用穩(wěn)定的同位素追蹤溫室氣體

與測量溫室氣體排放的傳統(tǒng)技術(shù)相比，核技術(shù)具有很大的優(yōu)勢。通過添加標(biāo)有穩(wěn)定同位素氮-15的氮肥作為示蹤劑，科學(xué)家可以跟蹤這些同位素，并確定作物吸收肥料的效率。同位素也被用來量化作物通過生物固氮過程從大氣中獲得的氮量。

碳13穩(wěn)定同位素技術(shù)利用環(huán)境中碳13的自然豐度，使研究人員能夠評估土壤質(zhì)量和土壤中碳的來源。這有助于確定輪作、耕作和地面覆蓋的各種組合如何能夠提高生產(chǎn)力，并提高日益稀缺的資源，如水和化學(xué)營養(yǎng)素的利用效率。碳13被追蹤以確定二氧化碳和甲烷的運動和起源。