東京大學研究生院農學生命科學研究科的伊藤昭彥教授等人揭示了人爲來源的活性氮（Nr）對地球環境的影響。碳循環透過大氣中的二氧化碳濃度影響氣候的現象早已爲人所知，而在此次研究中，研究人員使用人類活動造成的氮排放清單、大氣化學模式和陸地氮循環模式，首次揭示了排放到環境中的活性氮透過改變大氣中的微粒子和溫室氣體，以及陸生生態系的碳收支影響氣候系統的現象。該發現有望爲未來推進同時減量人爲來源的氮及溫室氣體的有效氣候因應措施提供依據。該研究成果已發表在期刊《Nature》上。
圖1 2019年人爲來源活性氮造成的輻射強迫（供圖：東京大學）
氮被大量應用於農田的堆肥、化肥以及化學工業中，並以活性氮（Nr）的形式排放到環境中，氮引發了各種各樣的環境問題。然而，此前人們並未充分了解氮循環的變化對地球氣候影響的全貌。
馬克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute）等機構組成的國際合作研究團隊使用一種能夠處理地表氮動態以及氮在大氣中的傳輸和化學反應的模式對上述問題進行了分析。在陸生生態系的氮循環方面，研究團隊使用了多個模式相互比較（全球氮模式對照專案第二階段，NMIP2）的結果，而東京大學等機構開發的模式「植被痕量氣體綜合類比（Vegetation Integrated SImulator for Trace gases，VISIT）」也爲這一結果的取得做出了貢獻。
分析的結果表明，地球上Nr循環的變化既產生了温室效應，也帶來了冷卻效應，兩者相互抵消，自工業革命以來這種循環產生了淨冷卻效應。
具體而言，在土壤中微生物的作用下產生並釋放的溫室氣體一氧化二氮（N₂O），以及氮氧化物（NOｘ）在化學反應下產生的對流層臭氧（O₃）加劇了温室效應。另一方面，同樣由大氣中的化學反應所導致的微粒子（氣溶膠）對日射的反射、溫室氣體甲烷（CH₄）的減量，以及沉積物在地表的氮促進植被成長而引起的二氧化碳的吸收則加劇了冷卻效應。以1850年至2019年間的輻射強迫來衡量，這種冷卻效應的大小估計爲-0.34瓦/平方公尺，規模相當於CO₂等人爲溫室氣體造成的温室效應的約六分之一。
分析結果還提示，氮排放所導致的這些效果在不同地區表現出不同的強度，特別是由於氣溶膠的影響，較強的負輻射強迫（引起冷卻效應的效果）正在亞洲、歐洲和北美洲發揮作用。
此次的研究首次闡明瞭Nr不僅影響地區環境污染，也對地球氣候造成影響的全貌。這項成果有望爲更有效地實施減量人類活動排放的Nr相關氣體的氣候變遷因應措施提供依據。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature
論文：Global net climate effects of anthropogenic reactive nitrogen
DOI：0.1038/s41586-024-07714-4
