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农业活性氮减排的多重环境收益：从PM2.5与O3协同控制到酸雨风险防范

农业活性氮,空气质量,氮沉降,酸雨,健康效益

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.15 污染物的跨圈层行为、效应与协同模拟

农业活动排放的活性氮主要包括（NH₃、NO_x），_x均是PM_2.5的重要前体物。NO_x在光照条件下会和VOCS反应造成臭氧污染。同时过多的活性氮沉降回到地面可能导致水体富营养化、土壤酸化、生物多样性丧失等一系列环境危害。近年来，尽管我国工业与交通源SO₂、NO_x排放已稳步下降，但农业NH₃近二十年基本持平，土壤NO_x亦未纳入现行减排政策框架，农业活性氮已成为制约我国空气质量持续改善的关键短板。然而，既有研究在情景设计上多选取少数主流农业管理措施，缺乏对措施区域适用性的细致刻画；系统性综合评估框架长期缺位，现有工作大多聚焦于农业NH₃管理对PM_2.5的改善作用，忽视了其在生态环境与健康效应方面的协同效益，以及由此引发的土壤NO_x排放变化响应。此外，对于NH₃减排可能引发的土壤NO_x变化及其对PM_2.5和O₃的后续影响，目前仍缺乏系统认识。

基于于以上研究背景，本研究选取2019年为基准年，在已有中国农业氨排放管理模型（CANEMM）的排放模块基础上加入管理模块，集成了更新的活动水平数据与本地化排放因子，并通过引入蒙特卡洛方法（20,000次随机模拟）量化减排不确定性，实现了对农业NH₃与土壤NO_x排放的动态估算与快速情景响应。在此基础上，本研究设计了技术可行减排、氮素输入减排以及二者叠加的综合减排情景，系统究评估了农业管理通过影响土壤NO_x排放带来的额外环境与健康收益，以及整体上对酸雨效应的潜在影响。在氮素输入情景下，但农业N素输入管理带来的土壤NO_x减排仅贡献了额外0.26 μg/m³（夏季）的PM_2.5改善；但能使夏季减NH₃带来的臭氧增幅从2.84 ppbv收窄至0.21 ppbv，缓解效应达81%。对于健康效益，土壤NO_x协同减排能使O₃反弹导致的死亡增加有明显降低，最大综合NH₃减排情景下可减少约55%O₃反弹导致的过早死亡。此外，耦合土壤NO_x控制能使氨减排引发的氧化性氮沉降反弹（华北地区高达20%以上）大幅度缓解，实现总氮沉降净增益107.6 Gg N。酸雨影响上，低比例氨减排时pH下降集中于中、南部地区；深度氨减排时全国平均pH从5.94降至5.49，酸雨面积比例从20%激增至51%，北方酸雨风险超过南方，揭示在深度氨减排进程中北方需同步强化酸性气体协同控制。

这些结果为我国制定协同控制PM_2.5与O₃污染、统筹人体健康保护与生态系统安全的农业活性氮综合管理策略，提供了多方面的科学视角与关键的量化依据。