中科院专家：灰霾污染或致粮食作物减产|研究

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中科院地球环境研究所研究员铁学煕团队研究了区域霾污染对我国水稻、小麦产量的影响，证明了霾污染不仅影响人体呼吸系统，危害人体健康，还会对粮食作物生长产生影响。

文/张晴丹（中国科学报记者）

来源：中国科学报（2016年9月6日），原题“灰霾污染或致粮食作物减产”

近年来，由于大气污染物的排放总量不断增加，导致环境空气质量日趋下降，空气污染越发严重，全国多个城市深受“霾伏”影响，这已经成为区域或全国性的环境问题，引起人们的强烈关注。

但是，目前对霾污染影响的研究，主要集中在对人体健康领域的研究，对生态系统的影响评估比较匮乏。

近日，中科院地球环境研究所研究员铁学煕团队研究了区域霾污染对我国水稻、小麦产量的影响，证明了霾污染不仅影响人体呼吸系统，危害人体健康，还会对粮食作物生长产生影响。

霾污染区与产粮区重合

多年来，铁学煕一直关注并参与中国空气污染的研究工作。2009年，他被中科院地球环境研究所聘为国家“千人计划”特聘专家，并且开始系统地进行我国霾污染的研究。

“经过多年的研究，我注意到了我国霾（PM2.5）污染具有一些显著的特征。”铁学煕在接受《中国科学报》记者采访时表示。

第一个特征就是国外污染比较集中于大城市的污染，因此对人体健康有集中的影响，比如美国的洛杉矶；而我国的霾污染不仅仅在大城市，更是一个大面积的区域污染，比如面积广阔的华北平原。

此外，科研人员研究发现，我国大面积的霾污染和我国重要的产粮区有着重合特征，比如华北平原、长三角地区、中东部地区（湖南、湖北）和四川盆地，这四大粮食产区同时也是我国霾污染最严重的地区，这里的水稻和小麦产量分别占全国总产量45%和75%。

“这些地区有严重的区域污染，同时又是我国重要的产粮地区。”铁学煕说。

因此，铁学煕认为有必要系统研究和评估霾污染对我国的粮食产量的影响。

“空气污染物对农业的影响，在以往的研究中曾经得到大家的关注，如大气臭氧（O3）污染对长三角地区的影响。但是我国近年来出现的大范围雾霾污染对农业的影响则没有得到大家的关注。”中科院地球环境研究所曹军骥在接受《中国科学报》记者采访时表示。

在铁学煕看来，研究区域霾污染对我国水稻、小麦等粮食作物产量的影响非常重要且意义重大。

“进行该项研究不但有惠于我国人民的身体健康，而且会有助于我国的粮食产量提高，将会对我国治理霾污染有着很好的促进作用。”铁学煕说。

影响弊大于利

“霾污染对农业的影响是多方面的。”曹军骥指出。

充足的光照环境是合成叶绿素的必要条件，对农作物种子的萌发、生长等起着至关重要的作用。

“空气污染物悬浮于空中，吸收、反射了太阳辐射达到地面的热量。在霾污染天气状况下，空气流动性差、能见度低，农作物失去了所需要的光照条件，光合作用的减少会影响其生长发育，从而导致减产。”曹军骥表示。

除了会影响光合作用之外，持续的重度霾污染天气，会造成日照不足，容易诱发各种病害。

在曹军骥看来，霾污染天气状况下大气颗粒物沉降，其携带的有毒有害重金属、有机污染物等，对农作物系统也产生一定影响，导致农作物的品质下降。

另外，沉降的颗粒物上携带的酸性组分也对土壤产生影响，形成酸沉降，使土壤质量下降，这样带来的后果是影响农作物系统。

卫星遥感MODIS 观测数据显示，我国这四个主要粮食产区与气溶胶光学厚度（AOD）有较强的对应关系，产粮区的AOD值均较高。采用对流层紫外—可见光模型的计算结果表明，这些区域太阳辐射受气溶胶影响减少辐度的最高值可达28%~49%，由此估算的水稻和小麦作物减产量分别占到全国的1%~2%和4.5%~8%。

不过，专家指出，霾污染天气对农作物的影响也有有利的方面，主要表现在重度霾污染天气可使地面的水汽不易蒸发，减少了地面热量的散发。而在冬季，因为这样的“保温”作用，农作物不易遭受冻害，有利于农作物越冬。

“霾污染对农业的影响有利亦有弊，但总体而言是弊大于利。”曹军骥表示，此次研究结果表明我国空气污染引起的生态环境影响需要引起足够的重视。因此，要尽快减少大气污染物排放，减轻霾污染程度，这不仅有利于人民生活质量的提高，也对生态系统的健康发展起到重要的作用。

尚存诸多不确切性

研究团队花了大约三年时间进行资料分析整理及大气模式的改进和计算。

针对我国大面积的霾污染，他们主要分析了多年的卫星观测资料，并对其逐月的变化进行分析。

主要参与设计模拟实验工作的曹军骥认为，各类资料收集的过程十分困难。“要做准确的评估，模式计算需要用到农业的各类精确数据，包括水稻、小麦等农作物的数据。因此我们尽量查阅有关文献，同时也对生长过程等关键数据进行假设。”曹军骥说。

“卫星观测的霾污染的资料会受到云的干扰，形成了很多盲点，我们采取了多年平均方法解决了此项问题。”铁学煕表示。

此外，研究人员还采用了美国大气中心的太阳辐射模式对霾污染对地面太阳辐射的影响进行了计算。

“因为原有辐射模式是一维模式，只能对一个地面点进行计算，要解决对大面积的计算需要将模式扩展为二维模式，并需要将卫星资料转换成与模式一致的数值参数进行逐时计算。”铁学煕说，这就需要大量的计算。随着中科院地球环境所扩充了计算机的容量，这些问题迎刃而解。

虽然研究取得了一定的成果，“但是，我们的研究目前仍然只是初期阶段，还有许多不确切性，需要国内科学同仁加以完善和进一步的探讨。”铁学煕表示。

太阳光照对不同庄稼的影响是不同的。“我们目前使用的是美国的观测结果，农业部门应该和大气部门合作，加强对此方面的观测，以减少评估的不确切性。”铁学煕说。

此外，庄稼的生长主要有三大要素：水、肥、光。“太阳光对庄稼生长的影响和各地区的水、肥条件有关，因此这方面也存在着很大的区域性不确切性，需要进一步的深入研究。”铁学煕说。

他还指出，我国霾污染还可以对地面温度、湿度、微气象过程产生影响，也需要进行深入的研究。

专家认为，虽然目前研究仍然存在许多不确切性因素，但这也是首次采用模型计算定量评估了霾污染对于粮食作物的影响，其意义深远。

在曹军骥看来，这次模拟工作首次提供了霾污染影响的定量证据，这对于准确估算霾空气污染的损失具有重要作用，可以促使国际上制定正确的污染减排政策以改善霾污染情况。

“这些工作将引起农业科学家关注，使他们在预测第二年农业产量时，加入这一项影响因素，以更准确预报来年的农业总产量。”曹军骥说。

延伸阅读

Scientific Reports论文：我国霾污染对粮食作物的影响评估 

来源：中科院地球环境研究所网站（2016年8月1日）

我国霾污染严重，已经成为区域或全国性的环境问题，引起科学界及广大民众的强烈关注。但目前关于霾污染的影响的研究集中在对人体健康的研究，对生态系统的影响评估尚不足。霾对农业的影响是多方面的，有利亦有弊

。一方面霾悬浮于空中，吸收、反射了太阳辐射达到地面的热量，使绿色植物失去了所需要的光照，使光合作用减少从而影响其生长发育，导致减产。持续的重霾天气，会造成日照不足，容易诱发各种病害。

另一方面重霾天气可使地面的水汽不易蒸发，减少了地面热量的散发。在冬季，因为有保温作用，作物不易遭受冻害。 

近日，地球环境研究所铁学煕研究员团队研究了区域霾污染对我国水稻、小麦产量的影响。华北平原、长三角平原、中东部地区（湖南、湖北）和四川盆地四大粮食产区的水稻和小麦产量分别占全国总产量45%和75%。

卫星遥感MODIS 观测数据显示，我国这四个主要粮食产区与气溶胶光学厚度（AOD）有较强的对应关系，产粮区的AOD值均较高。采用对流层紫外-可见光模型（TUV, Tropospheric ultraviolet-visible）的计算结果表明，这些区域太阳辐射受气溶胶影响减少辐度的最高值可达～28%-49%，由此估算的水稻和小麦作物减产量分别占到全国的～1-2%和～4.5-8%。

该结果表明我国空气污染引起的生态环境影响需要引起足够的重视，虽然该估算存在不确定性，但这是首次采用模型计算定量评估了霾污染对于粮食作物的影响。 

这一成果最近发表于国际期刊Scientific Reports上，详见Tie X, Huang R J, Dai W, et al. Effect of heavy haze and aerosol pollution on rice and wheat productions in China. Scientific Reports, 2016, 6:29612 

我国主要粮食产区小麦和大米因霾污染减产的估算 

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