一直以來,燃煤電廠都被認為是生物圈活性硫的最大來源。化石燃料燃燒產生的二氧化硫等排放到大氣中,會形成酸雨並導致土壤酸化和植被、建築物腐蝕等危害。不過,最新研究表明農業用硫對環境的影響可能被低估了。
國際學術期刊《自然-地球科學》8月10日發表的一項研究顯示,人類對生態系統硫循環的主要影響方式已從大氣排放轉變為農業排放,農業肥料和農藥施用取代化石燃料成為環境中最大的硫源。長期向農作物中施用含硫肥料和殺蟲劑,可能會對土壤和下遊水生生態系統健康造成過去在受酸雨侵蝕地區觀察到的類似結果。
硫是一種天然元素,也是重要的植物營養素,有助於植物吸收氮元素,長期以來作為農作物肥料和殺蟲劑以提升作物產量,保障作物良好生長。研究稱,在全球範圍內,當前農業用硫量已佔全年產量的50%以上,而在美國東北部,平均面積硫施用量已遠遠超過1973年酸雨導致的硫沉積峰值。
相對歷史上的大氣硫沉積高峰(1973年),美國目前在農作物中施用的硫。從歷史上看,化石燃料的開採與燃燒曾導致大量活性硫釋放到大氣中,引起了1960年代、1970年代的酸雨問題,以及美國東北部和歐洲的森林和水生生態系統退化,嚴重損害了生態環境質量和公共健康。在美國,有關該問題的研究促使《清潔空氣法》及其修正案的實施,該法對化石燃料引起的空氣汙染進行管制,並將美國大氣中的硫沉積量降低至工業化前的水平。
美國大氣中的硫沉積量a.1989年b.2017年而當前又有新挑戰出現。研究顯示,隨著氣候的不斷變化、作物集約化和大氣硫沉積的減少,農業生產中硫的用量可能會增加以滿足農作物對其需求。研究團隊對美國東北部野河流域、中西部的玉米和大豆種植區域、加利福尼亞州的葡萄種植區域以及佛羅裡達州的甘蔗種植區域進行1989年至2017年間的硫質量平衡研究。結果表明,無論是在歷史上受到酸雨影響的地區,還是在使用含硫肥料或殺蟲劑的農田中,都有大量活性硫存在,其最初保留在源區域中,隨後被輸送至附近的硫限制生態系統中。
研究區域內的硫質量平衡研究人員預測,世界範圍內許多農田中硫的含量仍會持續增加,包括那些仍在努力規範化石燃料排放的地方。
硫汙染對生態環境質量有諸多負面影響。研究提到,長期在農田中施用硫作為肥料會引起土壤退化,也可能會增加溼地中的汞含量,成為魚類汞汙染的重要因素。在非農業環境中,硫汙染還會加劇湖泊和溼地的富營養化。而淡水和鹹水生態系統中的高硫酸鹽含量會產生硫化物毒素,從而影響植物的養分吸收和整體生長。此外,硫汙染也會影響人類健康,如人體長期暴露在大量噴灑含硫農藥的環境中可能會產生呼吸系統疾病。
該研究由科羅拉多大學、雪城大學和南伊利諾伊大學聯合完成。針對農業硫排放問題,研究人員建議在未來需要對農業中的硫投入進行廣泛的量化,並調查農業用硫增加可能帶來的負面影響。論文第一作者、科羅拉多大學博爾德分校環境研究助理教授Eve-Lyn Hinckley強調,僅僅研究硫排放增加對環境和人類健康的影響是不夠的,應當聯合農民、監管機構和土地管理者,在農業硫排放問題上加強合作和集體協作。
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