人造衛星監測空氣品質,證實空污影響農業產值

作者 | 發布日期 2021 年 08 月 07 日 0:00 | 分類 環境科學 , 生物科技 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


美國農作物產量近年來持續增長,其中一個關鍵因素卻與耕種技術完全無關,史丹佛大學科學家最近一項研究顯示,1999~2019 年期間美國空氣品質改善(註 1)是玉米和黃豆增產的主要原因之一。該研究已於今年(2021)七月刊登於《環境研究》(Environmental Research)期刊。

農業供給人類糧食及能源

民以食為天,農業相關進展雖然較少被媒體報導,但其重要性絕不容忽視。農業生產是提供人類糧食最主要的來源,栽種於廣闊土地上的作物從土壤中吸收水分及養分,並利用陽光能量進行光合作用,將二氧化碳製成含有醣類、蛋白質及脂肪的農產品,最後成為餐桌上的佳餚及維持人類生存的食物來源。能源作物如玉米、黃豆、油菜籽、甘蔗及椰子等還能提供生質能源,幫助人類減少對石化燃料的依賴,進而降低自然環境污染及破壞。

空氣污染的來源

常見的空氣污染物包括臭氧、懸浮顆粒、二氧化氮及二氧化硫等,其中臭氧並非由污染源直接排放,而是氮氧化合物與碳氫化合物(來自汽機車所排放之廢氣)發生化學反應所產生;懸浮粒子則是指懸浮在空氣中的固體顆粒或液滴,例如灰塵、煙塵或煙霧等;二氧化氮和二氧化硫的主要來源則是發電廠和其他工業設施燃燒石化燃料所產生。

空氣污染對植物的危害

空氣污染除了會危害人體健康,對植物也具有傷害。空氣中的有毒氣體如二氧化硫、臭氧及氮氧化合物等可經由植物葉表張開的氣孔進入葉片內部,進而影響光合作用效率並傷害葉片組織,導致葉片變黃、變白而枯萎。有些污染物質(如重金屬)會自然沉降或經由雨水侵入土壤,此時植物根部吸收養分的能力會遭受干擾而阻礙生長。已有眾多研究文獻指出,惡劣的空氣品質對農業產出具有負面影響力。

衛星遙測解開空氣污染對農業產量之影響

儘管有不少研究已經示警,但史丹佛大學食品與環境安全研究中心( Center on Food Security and the Environment)主任大衛·羅貝爾( David Lobell)表示,科學家很難評估空氣污染對不同區域農作物的影響,因為即使相距僅 10 英里的兩個農場,空氣品質及作物產量都可能截然不同。

如今,藉由人造衛星遙測(註 2)所提供不同區域的空氣品質數據及作物產量,再配合各農場生產量資料綜合分析相關數據後,科學家已能夠區分農場之間空氣成分的細微差異,並解開不同污染物對農作物產量的影響。這項研究凸顯了人造衛星能監測大規模區域的空氣品質,此外,在無法獲得空氣品質監測數據的落後國家,衛星遙測所提供的數據價值更是彌足珍貴。

火力發電廠影響作物產量

本次研究調查區域包括美國伊利諾、印第安納、愛荷華、密西根、明尼蘇達、密蘇里、俄亥俄、南達科達和威斯康辛等九個州,這些範圍內生產的玉米和黃豆約佔美國總產量三分之二。

研究人員蒐集了各地區空氣品質監測站及衛星遙測所提供關於臭氧、懸浮微粒、二氧化氮和二氧化硫含量的相關數據,以及各地區作物產量資料,比對分析之結果顯示,上述四種空氣污染物皆會減損玉米及黃豆產量。由於燃煤火力發電廠是空污的主要來源之一,研究團隊也發現距離發電廠愈遠之農場,作物產量會隨之上升。

結語

團隊粗估,過去 20 年來美國空污改善為黃豆、玉米每年產值增加了約 50 億美元,影響十分巨大,可見善待地球環境,大自然就會給予難以想像的回饋。而地球各地正發生的暴雨、酷暑、旱災及暴雪等極端氣候現象,則肇因於人類數十年來過度排放溫室氣體所導致的全球暖化及氣候異常。

所幸先進國家已有所警覺,減少碳排放,甚至零碳排將是未來趨勢,只要人類繼續努力,相信大地之母會重新回到從前溫柔的模樣。

註 1:美國於 1990 年頒布空氣清潔法修正案(Clean Air Amendments of 1990,CAAA),賦予環保單位更大的權力,使其可以實施及執行減少空氣污染物質排放的相關法規,美國境內的空氣品質因此有了顯著的改善。
註 2:目前的衛星遙測技術,已能分辨二氧化碳及甲烷等溫室氣體,也能監測有害氣體如二氧化氮含量、細懸浮微粒(PM2.5)的濃度,而且準確率非常高。歐、美及日本等國皆先後發射具監測空氣品質之功能的衛星。

(首圖來源:pixabay

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