Thông thường, việc tăng năng suất cây trồng phụ thuộc vào việc bổ sung một thứ gì đó, chẳng hạn như phân bón hoặc nước. Một nghiên cứu mới do Đại học Stanford dẫn đầu tiết lộ rằng việc loại bỏ một thứ cụ thể – một chất gây ô nhiễm không khí thông thường – có thể dẫn đến tăng năng suất cây trồng đáng kể. Phân tích được công bố ngày 1 tháng 6 trên tạp chí Science Advances , sử dụng các hình ảnh vệ tinh để lần đầu tiên tiết lộ các oxit nitơ – loại khí được tìm thấy trong khói xe hơi và khí thải công nghiệp – ảnh hưởng đến năng suất cây trồng như thế nào. Phát hiện của nó có ý nghĩa quan trọng trong việc tăng sản lượng nông nghiệp và phân tích chi phí và lợi ích giảm thiểu biến đổi khí hậu trên khắp thế giới.
Nghiên cứu cho thấy chất lượng không khí kém khiến năng suất cây trồng giảm
“Các oxit nitơ không thể nhìn thấy đối với con người, nhưng các vệ tinh mới đã có thể lập bản đồ chúng với độ chính xác cực cao. Vì chúng tôi cũng có thể đo lường sản lượng cây trồng từ không gian, điều này đã mở ra cơ hội nâng cao nhanh chóng kiến thức của chúng tôi về cách các khí này ảnh hưởng đến nông nghiệp ở các vùng khác nhau”, tác giả chính của nghiên cứu David Lobell , Gloria và Richard Kushel Giám đốc Trung tâm An ninh Lương thực của Stanford cho biết và Môi trường.
Một vấn đề NOx-ious
Ôxít nitơ, hay NOx, là một trong những chất ô nhiễm được phát thải rộng rãi nhất trên thế giới. Những loại khí này có thể trực tiếp làm hỏng tế bào cây trồng và ảnh hưởng gián tiếp đến chúng thông qua vai trò của chúng như là tiền chất để hình thành ôzôn, một chất độc trong không khí được biết là làm giảm năng suất cây trồng và sol khí vật chất dạng hạt có thể hấp thụ và phân tán ánh sáng mặt trời ra khỏi cây trồng.
Trong khi các nhà khoa học từ lâu đã có hiểu biết chung về khả năng gây thiệt hại của các oxit nitơ, thì ít người biết về tác động thực tế của chúng đối với năng suất nông nghiệp. Nghiên cứu trước đây đã bị hạn chế do thiếu sự chồng chéo giữa các trạm quan trắc không khí và các khu vực nông nghiệp, và tác động nhiễu của các chất ô nhiễm khác nhau, trong số những thách thức khác đối với phân tích trên mặt đất.
Để tránh những hạn chế này, Lobell và các đồng nghiệp của ông đã kết hợp các biện pháp vệ tinh về độ xanh của cây trồng và mức nitơ điôxít trong giai đoạn 2018-2020. Nitrogen dioxide là dạng NOx chính và là một thước đo tốt cho tổng NOx. Mặc dù NOx là không thể nhìn thấy đối với con người, nitơ điôxít có một tương tác riêng biệt với ánh sáng cực tím đã cho phép các phép đo vệ tinh của khí ở độ phân giải không gian và thời gian cao hơn nhiều so với bất kỳ chất ô nhiễm không khí nào khác.
Đồng tác giả nghiên cứu Jennifer Burney, phó giáo sư về môi trường cho biết: “Ngoài việc dễ dàng đo lường hơn các chất ô nhiễm khác, nitơ điôxít có đặc điểm tốt là chất gây ô nhiễm chính, có nghĩa là nó được thải ra trực tiếp chứ không phải hình thành trong khí quyển. khoa học tại Đại học California, San Diego. “Điều đó có nghĩa là liên hệ giữa khí thải với các tác động dễ dàng hơn nhiều so với các chất ô nhiễm khác.”
Tác động đến cây trồng
Dựa trên quan sát của họ, các nhà nghiên cứu ước tính rằng việc giảm lượng phát thải NOx khoảng một nửa ở mỗi khu vực sẽ cải thiện năng suất khoảng 25% đối với cây vụ đông và 15% đối với cây trồng mùa hè ở Trung Quốc, gần 10% đối với cả vụ đông và mùa hè ở Tây Âu, và khoảng 8% đối với cây mùa hè và 6% đối với cây vụ đông ở Ấn Độ. Bắc và Nam Mỹ nhìn chung có mức phơi nhiễm NOx thấp nhất. Nhìn chung, các tác động dường như tiêu cực nhất vào các mùa và địa điểm mà NOx có khả năng thúc đẩy sự hình thành ôzôn.
Hình minh họa cho thấy năng suất cây trồng ước tính tăng nếu lượng phát thải nitơ oxit giảm khoảng một nửa ở mỗi vùng
Burney cho biết: “Các hành động bạn sẽ thực hiện để giảm NOx, chẳng hạn như điện khí hóa xe cộ, trùng lặp chặt chẽ với các dạng chuyển đổi năng lượng cần thiết để làm chậm biến đổi khí hậu và cải thiện chất lượng không khí địa phương vì sức khỏe con người. “Kết quả chính từ nghiên cứu này là lợi ích nông nghiệp của những hành động này có thể thực sự đáng kể, đủ để giúp giảm bớt thách thức trong việc nuôi sống một dân số ngày càng tăng.”
Nghiên cứu trước đây của Lobell và Burney ước tính sự giảm thiểu ôzôn, vật chất dạng hạt, nitơ điôxít và lưu huỳnh điôxít từ năm 1999 đến năm 2019 đã góp phần vào khoảng 20% mức tăng sản lượng ngô và đậu tương của Hoa Kỳ trong thời kỳ đó – trị giá khoảng 5 tỷ đô la mỗi năm.
Theo các nhà nghiên cứu, phân tích trong tương lai có thể kết hợp các quan sát vệ tinh khác, bao gồm hoạt động quang hợp được đo thông qua huỳnh quang do mặt trời tạo ra, để hiểu rõ hơn về tác động của nitơ đioxit đối với mức độ nhạy cảm khác nhau của cây trồng trong suốt mùa sinh trưởng. Tương tự, việc kiểm tra chi tiết hơn các chất ô nhiễm khác, chẳng hạn như lưu huỳnh điôxít và amoniac, cũng như các biến số khí tượng, chẳng hạn như hạn hán và nắng nóng, có thể giúp giải thích tại sao nitơ điôxít ảnh hưởng đến cây trồng khác nhau giữa các vùng, năm và mùa khác nhau.
Stefania Di Tommaso , một nhà phân tích dữ liệu nghiên cứu tại Trung tâm An ninh Lương thực và Môi trường của Stanford cho biết: “Thật sự rất thú vị khi hiện nay có rất nhiều thứ khác nhau có thể được đo lường từ vệ tinh, phần lớn đến từ các vệ tinh mới của châu Âu . “Khi dữ liệu tiếp tục được cải thiện, nó thực sự thúc đẩy chúng tôi trở nên tham vọng và sáng tạo hơn với tư cách là các nhà khoa học trong các loại câu hỏi mà chúng tôi đặt ra.”
