โดยปกติ การเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรขึ้นอยู่กับการเติมบางอย่าง เช่น ปุ๋ยหรือน้ำ การศึกษาใหม่ที่นำโดยมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดเปิดเผยว่าการกำจัดมลพิษทางอากาศอาจนำไปสู่การเพิมผลผลิตพืชโผลอย่างมาก

การวิเคราะห์ดังกล่าวได้ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 1 มิถุนายนใน Science Advances ใช้ภาพถ่ายดาวเทียมเพื่อเปิดเผยเป็นครั้งแรกว่าก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ที่พบในไอเสียรถยนต์และการปล่อยมลพิษทางอุตสาหกรรมส่งผลต่อผลผลิตพืชผลอย่างไร ผลการวิจัยมีนัยสำคัญสำหรับการเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรและการวิเคราะห์ต้นทุนและผลประโยชน์ในการบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทั่วโลก

"ไนโตรเจนออกไซด์เป็นสิ่งที่มนุษย์มองไม่เห็น แต่ดาวเทียมใหม่สามารถทำแผนที่ได้อย่างแม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อ เนื่องจากเราสามารถวัดการผลิตพืชผลจากอวกาศได้ จึงเป็นการเปิดโอกาสในการปรับปรุงความรู้ของเราอย่างรวดเร็วว่าก๊าซเหล่านี้ส่งผลต่อการเกษตรในด้านต่างๆ อย่างไร ภูมิภาคต่างๆ” เดวิด โลเบลล์ หัวหน้าทีมวิจัย กลอเรียและริชาร์ด คูเชล ผู้อำนวยการศูนย์ความมั่นคงด้านอาหารและสิ่งแวดล้อมของสแตนฟอร์ด กล่าว

A NO x -ious ตัวปัญหา

ไนโตรเจนออกไซด์หรือ NO xเป็นสารมลพิษที่ปล่อยออกมาอย่างแพร่หลายมากที่สุดในโลก ก๊าซเหล่านี้สามารถทำลายเซลล์พืชผลโดยตรงและส่งผลโดยอ้อมผ่านบทบาทของพวกมันในฐานะสารตั้งต้นของการก่อตัวของโอโซน สารพิษในอากาศที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าลดผลผลิตของพืชผล และละอองอนุภาคที่สามารถดูดซับและกระจายแสงแดดออกจากพืชผล

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับศักยภาพของความเสียหาย ของ ไนโตรเจนออกไซด์ มานานแล้ว แต่ยังไม่ค่อยมีใครทราบเกี่ยวกับผลกระทบที่แท้จริงของพวกมันต่อผลผลิต ทางการเกษตร การวิจัยในอดีตถูกจำกัดด้วยการขาดความทับซ้อนกันระหว่างสถานีตรวจวัดอากาศและพื้นที่เกษตรกรรม และผลกระทบที่สับสนของสารมลพิษต่างๆ ท่ามกลางความท้าทายอื่นๆ ในการวิเคราะห์ภาคพื้นดิน

เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดเหล่านี้ โลเบลล์และเพื่อนร่วมงานของเขาจึงรวมการวัดความเขียวของพืชผลและ ระดับ ไนโตรเจนไดออกไซด์จากดาวเทียมสำหรับปี 2561-2563 ไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นรูปแบบหลักของ NO xและเป็นตัววัดที่ดีของ NO xทั้งหมด แม้ว่ามนุษย์จะมองไม่เห็น NO xแต่ไนโตรเจนไดออกไซด์ก็มีปฏิสัมพันธ์ที่ชัดเจนกับแสงอัลตราไวโอเลตที่ทำให้สามารถตรวจวัดก๊าซผ่านดาวเทียมได้โดยใช้ความละเอียดเชิงพื้นที่และเวลาสูงกว่ามลพิษในอากาศอื่นๆ

เจนนิเฟอร์ เบิร์นนีย์ รองศาสตราจารย์ด้านสิ่งแวดล้อม กล่าวว่า "นอกจากจะสามารถตรวจวัดได้ง่ายกว่ามลพิษอื่นๆ แล้ว ไนโตรเจนไดออกไซด์ยังมีคุณสมบัติสำคัญในการเป็นสารก่อมลพิษปฐมภูมิ ซึ่งหมายความว่ามันจะถูกปล่อยออกมาโดยตรงมากกว่าที่จะก่อตัวในชั้นบรรยากาศ" วิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก "นั่นหมายความว่าการปล่อยมลพิษสู่ผลกระทบนั้นตรงไปตรงมามากกว่ามลพิษอื่น ๆ "

การคำนวณผลกระทบของพืชผล

จากการสังเกตของพวกเขา นักวิจัยคาดว่าการลดการปล่อย NO xลงประมาณครึ่งหนึ่งในแต่ละภูมิภาคจะช่วยเพิ่มผลผลิตได้ประมาณ 25% สำหรับพืชฤดูหนาวและ 15% สำหรับพืชฤดูร้อนในประเทศจีน เกือบ 10% สำหรับทั้งพืชฤดูหนาวและฤดูร้อนในยุโรปตะวันตก และประมาณ 8% สำหรับพืชผลฤดูร้อนและ 6% สำหรับพืชผลฤดูหนาวในอินเดีย อเมริกาเหนือและใต้โดยทั่วไปมีการเปิดรับ NO x ต่ำสุด โดยรวมแล้ว ผลกระทบดูเหมือนเป็นลบมากที่สุดในฤดูกาลและสถานที่ที่ NO xมีแนวโน้มว่าจะทำให้เกิดโอโซน

"การดำเนินการที่คุณจะทำเพื่อลด NO xเช่น การใช้พลังงานไฟฟ้าของรถยนต์ ซ้อนทับอย่างใกล้ชิดกับประเภทของการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่จำเป็นในการชะลอการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและปรับปรุงคุณภาพอากาศในท้องถิ่นเพื่อสุขภาพของมนุษย์" เบอร์นีย์กล่าว "แนวทางหลักจากการศึกษานี้คือประโยชน์ทางการเกษตรของการดำเนินการเหล่านี้อาจมีจำนวนมากพอที่จะช่วยบรรเทาความท้าทายในการให้อาหารประชากรที่เพิ่มขึ้น "

งานวิจัยก่อนหน้านี้โดยโลเบลล์และเบอร์นีย์ประมาณการการลดลงของโอโซน ฝุ่นละออง ไนโตรเจนไดออกไซด์ และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ระหว่างปี 2542 ถึง 2562 มีส่วนทำให้ข้าวโพดสหรัฐและผลผลิตถั่วเหลืองเพิ่มขึ้นประมาณ 20% ในช่วงเวลานั้น ซึ่งมีมูลค่าประมาณ 5 พันล้านดอลลาร์ต่อ ปี

นักวิจัยกล่าวว่าการวิเคราะห์ในอนาคตอาจรวมการสังเกตการณ์จากดาวเทียมอื่น ๆ รวมถึงการสังเคราะห์แสงที่วัดผ่านการเรืองแสงที่เกิดจากแสงอาทิตย์เพื่อให้เข้าใจถึงผลกระทบของไนโตรเจนไดออกไซด์ต่อระดับความไวต่อก๊าซที่แตกต่างกันของพืชตลอดฤดูปลูก ในทำนองเดียวกัน การตรวจสอบมลพิษอื่นๆ โดยละเอียดยิ่งขึ้น เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์และแอมโมเนีย ตลอดจนตัวแปรทางอุตุนิยมวิทยา เช่น ความแห้งแล้งและความร้อน อาจช่วยอธิบายได้ว่าเหตุใดไนโตรเจนไดออกไซด์จึงส่งผลต่อพืชผลแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาค ปี และฤดูกาล

Stefania Di Tommaso ผู้เขียนร่วมการศึกษาวิจัยจากศูนย์ความมั่นคงด้านอาหารและสิ่งแวดล้อมของสแตนฟอร์ดกล่าวว่า "เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นจริงๆ ที่สามารถวัดสิ่งต่างๆ ได้จากดาวเทียมในขณะนี้ ซึ่งส่วนใหญ่มาจากดาวเทียมยุโรปใหม่ "ในขณะที่ข้อมูลมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ทำให้เรามีความทะเยอทะยานและสร้างสรรค์มากขึ้นในฐานะนักวิทยาศาสตร์ในประเภทของคำถามที่เราถาม".