来自剑桥大学的研究人员发现，三分之二的肥料排放发生在它们被撒在田地里之后，三分之一的排放来自生产过程。尽管人们已经知道以氮为基础的肥料是温室气体排放的一个主要来源，但这是第一次全面量化它们从生产到使用的总体贡献。他们的分析发现，粪便和合成肥料每年排放的碳相当于2.6千兆吨--比全球航空和航运的总和还要多。
剑桥大学的研究人员测量了化肥从开始到结束的生命周期中产生了多少碳。这很重要，因为化肥要对所有温室气体排放的约5%负责。这是第一次有人准确地测量了这一点。他们发现，到2050年，有可能将化肥的碳排放减少到现在的五分之一。
自然环境迫切需要减少化肥的碳排放，然而，这必须与全球粮食安全的需要相平衡。早些时候的研究估计，全球48%的人口是用合成肥料种植的作物喂养的，而到2050年世界人口预计将增长20%。
剑桥大学的研究人员说，需要将可扩展的技术和政策解决方案结合起来以减少化肥排放，同时维持粮食安全。然而他们估计，如果这些解决方案能够大规模实施，粪便和合成肥料的排放量可以减少多达80%，达到目前水平的五分之一而不会损失生产力。他们的研究结果于2月9日在《自然-食品》杂志上报告。
"令人难以置信的是，我们实际上不知道我们在全球范围内生产了多少化学品，它们最终在哪里，在哪里以及如何积累，它们产生了多少排放，以及它们产生了多少废物，"来自剑桥大学工程系的共同作者André Cabrera Serrenho博士说。
Serrenho和他的合著者Yunhu Gao开展了一个项目，以准确测量化肥的总影响，化肥是石油化工行业的两个主要产品之一。在石化行业生产的所有产品中，绝大部分--多达74%是塑料或肥料。
"为了减少排放，对我们来说，重要的是确定并优先考虑我们可以采取的任何干预措施，使化肥对环境的危害减少，"Serrenho说。"但是，如果我们要做到这一点，我们首先需要对这些产品的整个生命周期有一个清晰的了解。这听起来很明显，但我们实际上对这些东西知之甚少。"
研究人员通过调和世界九个地区的氮肥生产和消费以及区域排放因素，绘制了2019年全球粪便和合成肥料的流动及其在生命周期各个阶段的排放。
在完成分析后，研究人员发现，与许多其他产品不同，化肥的大部分排放不是发生在生产过程中，而是在使用过程中。
Serrenho说："这是令人惊讶的，因为这是主要的排放源。但是，只有在量化了生命周期的每一个点的所有排放之后，我们才能开始研究不同的缓解方法，在不损失生产力的情况下减少排放。"
研究人员列出并量化了不同减排方法的最大理论影响--其中大部分已经为人所知，但它们的最大潜在影响还没有被量化。
合成肥料生产的排放物主要来自氨的合成，部分是由于生产过程中使用的化学反应。在生产阶段，最有效的缓解措施是该行业将加热和氢气生产去碳化。此外，肥料可以与称为硝化抑制剂的化学品混合，防止细菌形成氧化亚氮。然而，这些化学品可能会使肥料更加昂贵。
"如果我们要使化肥更昂贵，那么就需要对农民和化肥公司有某种财政激励，农业是一个非常艰难的行业，而农民目前并没有因为生产低排放而得到奖励。"
然而，减少与化肥有关的排放的唯一最有效的方法是减少我们使用的化肥数量。"我们在使用化肥方面的效率非常低，"Serrenho说。"我们使用的数量远远超过了我们的需求，这在经济上是低效的，这是由耕作方式决定的。如果我们更有效地使用化肥，我们需要的化肥将大大减少，这将减少排放而不影响作物产量。"
研究人员还研究了世界各地使用的化肥组合，这些化肥因地区而异。研究人员说，在全世界范围内用硝酸铵取代一些排放量最高的肥料，如尿素，可以进一步减少20%至30%的排放量。然而，这只有在化肥行业脱碳之后才会有好处。
"没有完美的解决方案，"Serrenho说。"我们需要重新思考我们如何生产粮食，以及什么样的经济激励措施最有效。也许这意味着向农民支付更少的排放，也许这意味着为粮食支付更多的费用。我们需要找到金融、技术和政策解决方案的正确组合，以减少排放，同时保持世界的食物。"
Serrenho和Gao估计，通过实施他们分析的所有缓解措施，到2050年，化肥部门的排放可以减少多达80%。
"Serrenho说："我们的工作给了我们一个很好的想法，什么是技术上可能的，什么是大的，以及在哪些方面的干预是有意义的--重要的是，我们要把干预的目标放在最重要的地方，以便在减少排放方面取得快速和有意义的进展。"
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