印度农作物残余物燃烧及其他农业活动导致的大气排放：为何农田仍需要得到更多关注？

《Environmental Science & Technology Letters》：Atmospheric Emissions from Crop Residue Burning and Other Agricultural Activities in India: Why Do Croplands Still Deserve Closer Attention?

　　农作物残留焚烧（CRB）是印度空气污染的重要来源，但其排放因子多依赖国外研究，缺乏本土数据支持，且估算方法存在区域差异问题。卫星监测受限于小范围焚烧识别能力，其他农业活动（如耕作、施肥）的污染物贡献亦被忽视。建议加强本土EF研究，整合高分辨率地面调查与卫星数据，建立多部门协作机制。

　　

农田农业活动包括多个阶段，如耕作、施肥、收割和残余物处理，这些活动都对空气污染有显著影响。其中，露天焚烧农作物残余物（CRB）是最显眼且最具争议的做法，通常用于收割后清理田地。CRB 与颗粒物和气态污染物的增加密切相关，由于大气长距离传输，它既影响农村地区也影响城市地区。(1) 尽管 CRB 的估算和监管看似简单，但实际上存在诸多不确定性。排放清单对于空气质量建模和政策制定至关重要，但其主要依赖于两个因素：焚烧的农作物残余物质量和各种污染物的排放因子（EFs）。在印度，这两个方面都受到数据限制的严重影响。

一个主要挑战是缺乏特定于印度的排放因子。大多数排放清单使用的排放因子来自国外研究，而这些研究是在不同的农业气候条件和耕作技术下进行的。虽然农作物残余物的元素组成可能大致相似，但实际排放量会因当地因素（如肥料使用、土壤健康状况和作物管理方式）而大相径庭。(2) 对过去 25 年相关排放清单研究的全面回顾显示，超过 90% 的研究人员使用了国外的排放因子（表 S1）。只有两项经过同行评审的印度研究报道了有限范围内污染物的现场排放因子(3,4)

不确定性还源于对焚烧残余物量的估算。许多研究仍采用政府间气候变化专门委员会（IPCC）的通用指南，该指南假设总农作物残余物的 25% 被焚烧，这一假设既未经实证验证，也不具有地域针对性。鉴于印度丰富的农业生态和社会经济多样性，采用这种一刀切的假设在方法上是存在缺陷的。一些研究人员尝试通过实地调查来改进 CRB 的估算，但这些调查通常只涉及几百到几千名农民，然后将其推广到全国范围，这不足以反映印度的地区差异。

一种更有前景的方法是分析收割季节的卫星火灾数据。大多数印度农民的土地面积较小，因此产生的火灾往往太小，无法被遥感技术检测到。此外，卫星也无法始终区分不同类型作物的农业火灾与其他类型的燃烧事件。

图 1 显示了印度多年来的 CRB 导致的年度 PM_2.5 排放量，相同颜色的条形代表来自同一研究的数据。尽管由于粮食产量的增加（假设作物类型和焚烧比例不变），个别研究显示排放量呈上升趋势，但跨研究的比较揭示了显著的不一致性。这些不一致性源于对作物类型和残余物焚烧比例的不同假设，这些假设可能基于 IPCC 的默认值、卫星数据或有限的地面调查。

图 1

图 1. 条形图显示了印度多年来的 CRB 导致的 PM_2.5 排放量，相同颜色的条形代表来自同一研究的数据。图中使用的数据来源的详细引用请参见支持信息。

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除了 CRB 之外，其他农业活动（耕作、种植、施肥、收割和粮食处理）也会导致空气污染，但在国家层面的排放清单中往往被忽视。最近的一项研究(5)表明，这些来源可能占农业总排放量中 PM_2.5 的 35% 和 PM₁₀ 的 75%。肥料会释放活性氮化合物，这些化合物是二次无机气溶胶和对流层臭氧形成的前体。在印度，一种名为纳米尿素的新肥料技术虽然提高了耕作效率，但也引发了关于其环境和农艺影响的新问题。目前尚无研究量化其直接排放量或通过氨释放产生的间接影响。

可以采取哪些措施？

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特定于印度的排放因子

未来的研究应优先考虑在不同农业气候区和作物类型中进行现场测量。实验室研究也应深入探讨化学成分的排放情况。排放清单应包括耕作、收割和施肥过程中的污染物，并为每种污染物估算相应的排放因子。

高分辨率调查与卫星数据的整合

印度的潘查亚蒂·拉吉（Panchayati Raj）制度可能为改进数据收集提供一种经济有效的方法。由村民选举产生的“Gram Pradhans”可以负责报告季节性的 CRB 情况，从而建立一个本地化的、系统化的监测机制。将这种基层数据与具有统计代表性的农民调查和基于卫星的火灾检测相结合，将显著提高排放清单的准确性和详细程度。

跨学科合作

解决农业污染问题需要农业学、大气科学、遥感和政策制定领域的协调。联合框架对于将科学成果应用于实际问题至关重要。例如，鉴于印度手机和互联网的普及，可以开发一个基于政府平台的门户或应用程序，以农民易于理解的方式展示疾病发生率、死亡率和环境影响。经过授权的“Gram Pradhans”可以每日报告燃烧情况；同一平台还可以追踪其他生物质燃烧活动，以促进清洁燃料的使用。定期更新有关生物质燃烧及其危害的信息将提高公众意识并促使行为改变，帮助村庄成为空气污染的净吸收源而非来源。