Môi Trường
Vai trò của đất trong việc điều chỉnh chất lượng không khí
Đất đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên hợp quốc (SDGs). Trong nghiên cứu này, tác giả xem xét sự đóng góp của đất đối với việc điều chỉnh chất lượng không khí, là một trong những ‘Đóng góp của Thiên nhiên cho Con người’ được xác định bởi Nền tảng Chính sách Liên Chính phủ về Đa dạng Sinh học và Dịch vụ Hệ sinh thái (IPBES). Điều này đặc biệt liên quan đến SDG3 (sức khỏe và hạnh phúc) và 11 (các thành phố bền vững và hạnh phúc) nhưng cũng tác động đến các SDG khác. Đất có thể đóng vai trò vừa là nguồn vừa là nơi chứa các chất ô nhiễm không khí (và tiền chất của chúng). Ngoài ra, đất hỗ trợ sự phát triển của thực vật, đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chất lượng không khí. Quy mô của đất tác động đến chất lượng không khí từ toàn cầu (ví dụ như thông lượng khí nhà kính, suy giảm tầng ôzôn ở tầng bình lưu) đến cục bộ (ví dụ như mùi, hạt, vận chuyển mầm bệnh). Lượng khí thải độc hại từ đất có thể được tăng hoặc giảm do hoạt động của con người, trong khi biến đổi khí hậu có khả năng thay đổi các mô hình phát thải trong tương lai, cả trực tiếp và phản ứng với các hành động giảm thiểu và thích ứng của con người. Mặc dù đất không phải là nguồn duy nhất của những chất ô nhiễm này, nhưng việc quản lý chúng để giảm xói mòn và thất thoát chất dinh dưỡng nhằm duy trì sức khỏe của đất là điều đáng làm để chúng ta có thể tiếp tục hưởng lợi từ những đóng góp cho chất lượng cuộc sống tốt đẹp mà chúng mang lại.
Bài viết này là một phần của chủ đề ‘Vai trò của đất trong việc mang lại những đóng góp của thiên nhiên cho con người’.
1. Giới thiệu
Xã hội loài người dựa vào việc sử dụng khôn ngoan các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Năm 2015, LHQ đã thông qua các Mục tiêu Phát triển Bền vững (SDGs), nhằm cung cấp hướng dẫn cho tất cả các chính phủ về những gì cần được thực hiện để đạt được sự bền vững cho thiên nhiên và con người. Đất đóng một vai trò quan trọng trong việc đạt được những mục tiêu này vì nó góp phần mang lại hạnh phúc cho con người thông qua những gì đã được chính thức hóa là ‘các dịch vụ hệ sinh thái’, và gần đây được mở rộng thành thuật ngữ ‘Những đóng góp của Thiên nhiên cho Con người’ hoặc NCP. Trong bài báo này, tác giả xem xét cụ thể đất và vai trò của nó đối với ‘quy định về chất lượng không khí’ của NCP. NCP này được Định nghĩa bởi Nền tảng liên chính phủ về Đa dạng sinh học và Dịch vụ Hệ sinh thái (IPBES) là ‘quy định (do cản trở hoặc tạo điều kiện) của các hệ sinh thái, của CO2/ Cân bằng O2 , O3 , oxit lưu huỳnh, oxit nitơ (NO và NO 2 , gọi chung là NO x ), hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), hạt, sol khí, chất gây dị ứng. Nó liên quan đến việc lọc, cố định, phân hủy hoặc lưu trữ các chất ô nhiễm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người hoặc cơ sở hạ tầng ‘. Quy định chất lượng không khí là điều cần thiết để đạt được SDG2 (không còn nạn đói), SDG3 (sức khỏe và hạnh phúc tốt), SDG11 (thành phố và cộng đồng bền vững), SDG13 (hành động khí hậu) và SDG15 (cuộc sống trên đất liền).
Đất tương tác với không khí theo cả cách tích cực và tiêu cực đối với hạnh phúc của con người ( hình 1 ). Nó rất quan trọng đối với sự phát triển của thực vật, hỗ trợ sự sống trên Trái đất thông qua quá trình quang hợp, và thảm thực vật ngày càng được sử dụng để cải thiện chất lượng không khí ở các khu vực đô thị và nông nghiệp (ví dụ: [ 5]). Đất cũng có thể là bể chứa các chất ô nhiễm trong không khí và có chức năng điều tiết trực tiếp các thành phần khí quyển thông qua các vi sinh vật trong đất chịu trách nhiệm chu kỳ dinh dưỡng và giải phóng khí. Tuy nhiên, đất có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng không khí thông qua việc trở thành một nguồn của các hạt và chất ô nhiễm dạng khí. Chất lượng không khí tốt là yếu tố cơ bản đối với sức khỏe con người nhưng bị ảnh hưởng tiêu cực bởi ô nhiễm không khí dạng hạt. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người được quy định bởi kích thước, khoáng chất và thành phần (cả hóa học và sinh học) của các hạt bụi. Bụi trong khí quyển cũng ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu thông qua các tác động lên cân bằng bức xạ và hình thành mây.
Bão cát và bụi có lẽ là cách rõ ràng nhất mà đất tác động trực tiếp đến chất lượng không khí, với lượng bụi phát sinh từ các hiện tượng tự nhiên hoặc từ các hoạt động quản lý đất đai. Việc phát thải bụi cũng có thể xảy ra ở quy mô nói chung nhỏ hơn trên các vùng đất nông nghiệp, và các hoạt động khác như xây dựng hoặc khai thác đá cũng có thể tạo điều kiện phát thải bụi.
2. Đất ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng không khí
(a) Nguồn trực tiếp của chất ô nhiễm hoặc tiền chất của chất ô nhiễm
(i) Các hạt
Các hạt đất, thường được gọi là bụi, phát sinh từ sự cuốn theo các hạt đất vào không khí. Điều này có thể xảy ra do gió cuốn theo trực tiếp các hạt đất nhỏ (nhỏ hơn 20 µm) trải qua quá trình vận chuyển tầm xa. Các hạt lớn hơn có thể bị cuốn vào thông qua sự phân mảnh của các tập hợp đất lớn hơn thông qua quá trình muối hóa. Việc phát thải trực tiếp các hạt đất vào không khí có thể phát sinh từ các hoạt động của con người như khai thác mỏ, khai thác đá và nông nghiệp. Phát thải bụi cũng bị ảnh hưởng gián tiếp bởi các hoạt động của con người và những thay đổi trong cấu trúc của đất, và do đó là khả năng xói mòn của đất. Khí thải từ đất cũng có thể dẫn đến sự hình thành các hạt (xem phần tiếp theo).
Thành phần của các hạt đất phụ thuộc vào khoáng chất và các hoạt động sử dụng đất, việc sử dụng đất ảnh hưởng đến cả tải lượng ô nhiễm hóa học và ô nhiễm sinh học trên đất. Kích thước và thành phần của các hạt bụi ảnh hưởng đến cả phản ứng sinh học (xem §3a, b) và khí hậu (xem §3d).
Bão bụi có thể vận chuyển các khoáng chất và mầm bệnh trong đất đi một khoảng cách xa (Hình 2). Phần lớn bụi đến từ các nguồn tự nhiên, với phần lớn đến từ ‘Vành đai bụi’ Bắc bán cầu, kéo dài từ bờ biển phía tây của Bắc Phi và Trung Đông đến Trung và Nam Á. Tỷ lệ đóng góp tương đối của các nguồn bụi này do tác động của con người là rất không chắc chắn (10–50%) nhưng có khả năng là khoảng 25%. Các nguồn nhân tạo bị chi phối bởi các hoạt động nông nghiệp, đặc biệt là xung quanh các thủy vực phù du. Các hoạt động nông nghiệp và chăn thả gia súc không bền vững và nạn phá rừng là những nguyên nhân lớn nhất, đặc biệt là ở phía nam Sahel, dọc theo bờ biển Địa Trung Hải, Bắc Mỹ và Argentina. Các thông số khí hậu khác ảnh hưởng đến xói mòn do gió và tạo ra bụi bao gồm tốc độ gió, hướng gió, lượng mưa, bốc hơi và nhiệt độ không khí.
Xu hướng bão bụi có thể thay đổi trên toàn cầu, nhưng các mô phỏng cho thấy lượng phát thải bụi hàng năm trên toàn cầu đã tăng 25–50% trong thế kỷ qua do sự kết hợp của việc sử dụng đất và biến đổi khí hậu. Các xu hướng gần đây cho thấy tần suất bão bụi đã giảm ở một số khu vực (Iran, Trung Quốc, Mauritania), nguyên nhân là do lượng mưa tăng.
(ii) Khí
Có một số dòng khí từ đất do các quá trình vi sinh vật, hóa học và vật lý. Chúng bao gồm carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), nitrous oxide (N 2 O), NO x và amoniac (NH 3 ). Đất cũng có thể tạo ra một lượng nhỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), hydro sunfua (H 2 S) và lưu huỳnh đioxit (SO 2 ). Mặc dù những điều này ít ảnh hưởng đến chất lượng không khí ở quy mô toàn cầu, nhưng chúng có thể tác động đến chất lượng không khí cục bộ. CO 2 , CH 4 và N 2 O là vấn đề do chúng đóng vai trò như khí nhà kính, mặc dù N 2 O cũng là một chất làm suy giảm tầng ôzôn ở tầng bình lưu. Ngược lại, NH 3 và NO x có thể dẫn đến sự hình thành các vật chất dạng hạt mịn, có nguy cơ đối với sức khỏe con người, cũng như phát tán nitơ sang các môi trường mà nó có thể gây hại. NO x và CH 4 cũng có thể hoạt động như tiền chất để sản xuất ôzôn đối lưu, có thể dẫn đến các vấn đề về hô hấp và phá hoại thực vật.
Amoniac và NO x . Bouwman và cộng sự ước tính lượng phát thải amoniac toàn cầu cho năm 1990 là 54 Tg N năm –1 . Khoảng 17% là từ việc bón phân tổng hợp và gần 40% từ phân của vật nuôi trong nhà, mặc dù một số trong số này sẽ là từ hệ thống quản lý phân thay vì từ đất. Đối với NOx của tầng đối lưu gần bề mặt , đất chịu trách nhiệm cho khoảng 12% (5,5 Tg yr –1 ) tổng lượng phát thải.
Trên toàn cầu, tỷ lệ urê-N bị mất do NH 3 từ urê bón trên đất nông nghiệp dao động từ 0,9 đến 64,0%, với mức trung bình là 18%.
Các quá trình vi sinh vật trong đất có thể tạo ra N 2 O và NO. Nitrat hóa chuyển đổiNH+4NH4+thành nitrat (KHÔNG-3KHÔNG3-), giảm nguy cơ tổn thất NH 3 tiếp tục ; tuy nhiên, N 2 O và NO được tạo ra dưới dạng sản phẩm phụ. Ngoài ra, nitrat di động nhiều hơn amoni trong đất và có nguy cơ gây ô nhiễm nước nhiều hơn. Nitrat cũng là tiền chất của quá trình khử nitơ, một chuỗi phản ứng của vi sinh vật cuối cùng có thể chuyển nitrat thành N 2 không hoạt động . Tuy nhiên, các khí không mong muốn về môi trường N 2O và NO được tạo ra như các bước của quá trình này và có thể bị mất khỏi đất trước khi quá trình khử nitơ hoàn tất. Việc bổ sung phân nitrat cũng làm tăng quá trình khử nitơ. Tốc độ và mức độ của các quá trình vi sinh vật này bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của đất (ví dụ như độ pH, kết cấu và carbon hữu cơ của đất) và điều kiện khí hậu (ví dụ như nhiệt độ và kiểu mưa), nhưng cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi sử dụng đất hoặc thâm canh dẫn đến đất thoái hóa (ví dụ như mất chất hữu cơ trong đất, nén chặt, xói mòn, bịt kín đất, v.v.)
Cacbon hữu cơ dễ bay hơi và khí có mùi (SO 2 và H 2 S) . Các sinh vật trong đất có thể tạo ra nhiều loại VOC, đặc biệt là trong điều kiện yếm khí. Việc sản xuất VOC có thể có ý nghĩa sinh thái, ví dụ báo hiệu cho các hoạt động đồng bộ như bào tử ở nấm, và có thể được phát hiện ở cấp địa phương, ví dụ như rừng cây. Khí thải từ thực vật và các nguồn do con người thay vì phát thải trực tiếp từ đất thường được coi là mối quan tâm lớn hơn đối với chất lượng không khí.
Khí có mùi hydro sunfua (H2S) và lưu huỳnh đioxit (SO2) có thể được tạo ra trong một số loại đất. H 2 S ở nồng độ cao có thể gây tử vong cho người và động vật và ở nồng độ thấp hơn, nó có mùi khó chịu. Trên toàn cầu, đất chiếm ít hơn 15% tổng nguồn H2S. Đất thường không được coi là nguồn cung cấp SO 2 chính . Tuy nhiên, Macdonald et al ước tính lên đến 3 Tg năm–1 S có thể được phát ra từ quá trình oxy hóa đất axit sunfat chứa sulfua. Điều này sẽ làm cho đất trở thành một nguồn SO2 có cường độ tương tự như 8 Tg năm–1 do núi lửa tạo ra.
(b) Bồn rửa trực tiếp cho các chất ô nhiễm không khí
Các chất khí và hạt có thể bị loại bỏ khỏi bầu khí quyển bằng cách lắng đọng ướt (thông qua lượng mưa) hoặc khô và do đó tương tác với thực vật hoặc đất. Các chất ô nhiễm xâm nhập vào đất có thể là đối tượng của các quá trình vật lý (ví dụ như hấp phụ, rửa trôi), sinh học (ví dụ như sự hấp thụ của thực vật, quá trình nitrat hóa) hoặc hóa học (ví dụ như quá trình oxy hóa / khử). Những điều này có thể dẫn đến việc vật liệu lắng đọng được liên kết với đất, được thực vật hấp thụ, tái phát thải vào khí quyển hoặc được vận chuyển đến đường thủy. Sự kết hợp các chất dinh dưỡng từ sự lắng đọng trong khí quyển có thể là một nguồn chất dinh dưỡng, nhưng nó cũng có thể gây ra các tác động tiêu cực như axit hóa đất, phú dưỡng và các tác động sinh thái khác.
Trên toàn cầu, người ta ước tính rằng khoảng 43 Tg nitơ và 220 Tg lưu huỳnh được lắng đọng hàng năm cho các hệ sinh thái trên cạn. Tỷ lệ lắng đọng S ướt trung bình dao động từ 19 kg S ha –1 năm –1 ở Châu Á xuống 2 kg S ha –1 năm –1 ở Châu Đại Dương. Holland và cộng sự nhận thấy rằng tốc độ lắng đọng N toàn cầu tuân theo mô hình: vùng ôn đới Bắc bán cầu> vùng nhiệt đới> vùng ôn đới Nam bán cầu.
(c) Hỗ trợ cho sự phát triển của cây trồng
Đất thực hiện một chức năng quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng không khí bằng cách hỗ trợ sự phát triển của thực vật, do đó tạo ra oxy (O 2 ). Quá trình sản xuất oxy (quang hợp) loại bỏ CO 2 khỏi khí quyển và cô lập carbon, hỗ trợ điều hòa khí hậu.
Ngoài vai trò cơ bản này, có lẽ còn hạn chế về vai trò của đất trong việc ảnh hưởng đến chất lượng không khí thông qua việc hỗ trợ sự phát triển của thực vật — mặc dù ngày càng có nhiều sự công nhận và sử dụng thực vật để cải thiện chất lượng không khí ở cả môi trường nông thôn và thành thị.
Thảm thực vật có thể trực tiếp cải thiện chất lượng không khí thông qua việc ngăn chặn các phần tử khí quyển và hấp thụ các chất ô nhiễm dạng khí. Mức độ xảy ra điều này phụ thuộc vào từng loài riêng lẻ (bao gồm các đặc điểm như kết cấu bề mặt lá, kích thước và cấu hình và kích thước cây) và hình thức trồng được sử dụng. Các cấu trúc cây khác nhau có thể thay đổi cấu trúc gió hoặc tạo ra sự đảo ngược cục bộ để bẫy các chất ô nhiễm để tăng cường loại bỏ cục bộ các chất ô nhiễm và / hoặc giảm mức độ phơi nhiễm của con người với các chất ô nhiễm (ví dụ như người đi bộ dọc theo đường) và các tài liệu tham khảo trong đó). Tuy nhiên, cây cối cũng có thể góp phần gây ô nhiễm không khí thông qua việc phát thải VOC và phấn hoa.
Trong môi trường nông thôn, thực vật chủ yếu được sử dụng để giảm tác động ăn mòn có thể có của gió và sự phân tán khí (ví dụ như xung quanh chuồng gia súc) khi được trồng làm dây trú ẩn theo chiều gió của cánh đồng hoặc cơ sở, và khi được trồng theo hướng gió để ngăn chặn và / hoặc lọc các hạt và khí phát ra hoặc để tăng sự phân tán của các chất gây ô nhiễm phát ra nhằm giảm thiểu tác động của gió thổi.
Trong môi trường đô thị, nhiều lợi ích ngoài lợi ích về chất lượng không khí được công nhận là phát sinh từ thảm thực vật đô thị. Những điều này được thảo luận chi tiết hơn trong §3c.
3. Tác động của sự thay đổi chất lượng không khí do đất gây ra
Đất có thể ảnh hưởng đến chất lượng không khí theo nhiều cách. Tác động của những thay đổi này có thể có hậu quả tích cực hoặc tiêu cực đối với con người và các dạng sống khác. Trong phần này, chúng tôi thảo luận về những tác động này liên quan đến các SDG của LHQ.
(a) Tác động đến sức khỏe con người (SDG3)
Việc hít phải các chất dạng hạt có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người. Đất đóng góp vào tải trọng hạt trong khí quyển cả trực tiếp như bụi và gián tiếp thông qua phản ứng của các hợp chất khí (ví dụ: VOCs, amoniac, NO x ) (§2). Hơn nữa, khi có NO x , VOC có thể phản ứng trong khí quyển để tạo thành ôzôn, một loại khí độc hại có thể gây ảnh hưởng cấp tính và mãn tính đến hệ hô hấp và tim mạch của con người và cũng có thể gây hại cho cây trồng.
Kích thước hạt ảnh hưởng đến ảnh hưởng đến sức khỏe, với phần kích thước thường được mô tả là PM10 (các hạt có đường kính dưới 10 µm) đi vào phổi và các hạt PM2.5 (các hạt có đường kính dưới 2,5 µm) có thể xâm nhập sâu vào phổi. khăn giấy. Các hạt có kích thước lớn hơn 10 µm thường bị giữ lại trong màng nhầy của mũi và cổ họng và có thể được ăn vào, vẫn dẫn đến việc tiếp xúc với các chất ô nhiễm đã được hấp phụ. Các hạt có nguồn gốc từ đất thường lớn hơn PM2.5.
Thành phần của các hạt cũng ảnh hưởng đến phản ứng sức khỏe. Ví dụ, các bệnh như u trung biểu mô và bệnh bụi phổi silic bị ảnh hưởng bởi thành phần khoáng vật của các hạt đất, với các khoáng chất dạng sợi như amiăng và erionit có trong tự nhiên làm phát sinh u trung biểu mô và các tinh thể silica làm phát sinh bệnh bụi phổi silic. Các hạt đất có thể chứa các chất gây ô nhiễm như kim loại hoặc các hợp chất hữu cơ. Phơi nhiễm qua đường hô hấp thường thấp hơn so với việc ăn trực tiếp đất bị ô nhiễm nhưng ở nơi ô nhiễm lan rộng và xảy ra xói mòn do gió, mức độ phơi nhiễm qua đường hô hấp có thể cao hơn.
Bão bụi là một ví dụ điển hình về phạm vi ảnh hưởng đến sức khỏe do tiếp xúc với bụi và đã được ghi nhận đầy đủ ở một số quốc gia, bao gồm cả các quốc gia phát triển. Rublee và cộng sự , chẳng hạn, phát hiện ra rằng các cơn bão bụi ở Bắc Mỹ có liên quan đến sự gia tăng trong cùng một ngày và làm giảm nhu cầu đối với các dịch vụ chăm sóc quan trọng tại các bệnh viện gần đó. Các bệnh về đường hô hấp là một trong những hậu quả được ghi nhận rộng rãi nhất của việc tiếp xúc với bụi, nhưng các tác động khác đối với sức khỏe con người bao gồm bệnh tim mạch, viêm kết mạc, rối loạn da liễu, thậm chí thương tật và tử vong liên quan đến tai nạn vận chuyển do bụi.
Ảnh hưởng đến sức khỏe cũng có thể phát sinh từ các vật chất sinh học mang trên các hạt đất như vi khuẩn, bào tử phấn hoa, nấm và vi rút. Ví dụ, nội độc tố hoặc lipopolysaccharid, thành phần chính của màng ngoài của vi khuẩn Gram âm, thường được sử dụng làm chất chỉ thị khả năng gây viêm của các hạt. Các vi khuẩn gây bệnh truyền nhiễm như cúm A, bệnh coccidioidomycosis ở phổi, viêm phổi do vi khuẩn và viêm màng não do não mô cầu cũng có thể có mặt. Gần đây hơn, các hạt PM2.5 và NO 2 được cho là những yếu tố quan trọng gây ra sự lây lan và khả năng gây chết của COVID-19.
(b) Không đói (SDG2)
SDG2 đề cập đến an ninh lương thực, cải thiện dinh dưỡng và thúc đẩy nông nghiệp bền vững. Ô nhiễm không khí và sản xuất lương thực đều có mối liên hệ với nhau: trong khi nông nghiệp góp phần gây ô nhiễm không khí do amoniac và các hợp chất nitơ khác hoặc gia tăng xói mòn do gió làm đất, ô nhiễm không khí cũng có thể tác động tiêu cực đến sản xuất lương thực và an ninh lương thực. Các tác động hoặc trực tiếp, ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật thông qua việc cản trở quá trình quang hợp và sức khỏe động vật, hoặc gián tiếp, ảnh hưởng đến hiệu quả của các đầu vào nông nghiệp và do đó ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Ví dụ, khi vi sinh vật trong đất tiêu hóa amoniac trong khí quyển, chúng có thể làm cho đất trở nên chua hơn, sau đó có thể làm giảm sự đa dạng của cộng đồng vi sinh vật trong đất. Các hạt có kim loại nặng lắng đọng trên lớp đất mặt qua quá trình lắng, tác động hoặc cản trở cũng có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng và sự nảy mầm của hạt, cuối cùng làm giảm sản lượng cây trồng. Tuy nhiên, tác động này là nhỏ so với việc giảm năng suất do mất tài nguyên đất do gió xói mòn.
Các hạt bụi trong không khí cũng có thể hoạt động như một véc tơ vận chuyển mầm bệnh động thực vật (hình 2 ), sau đó có thể ảnh hưởng đến sản xuất thực phẩm. Các loài trong chi Puccinia chịu trách nhiệm về phần lớn thiệt hại kinh tế trên toàn thế giới do mùa màng bị hại; mặc dù nó được biết là lây lan theo phương pháp thực nghiệm, nó vẫn chưa được xác định trong các mẫu bụi. Một số mầm bệnh động thực vật khác đã được phát hiện trong bụi.
Bằng cách thúc đẩy các thực hành quản lý bảo tồn đất để cải thiện chất lượng không khí, người nông dân có thể tăng cường không chỉ không khí sạch mà còn cả sức khỏe của đất.
(c) Các thành phố bền vững (SDG11)
Thảm thực vật đô thị được công nhận là mang lại nhiều lợi ích ngoài việc cải thiện chất lượng không khí, bao gồm làm mát môi trường xung quanh và điều chỉnh vi khí hậu (có thể dẫn đến tăng chất lượng không khí thông qua giảm tiêu thụ năng lượng tại chỗ và lượng khí thải liên quan), giảm thiểu nước mưa, cải thiện tinh thần và thể chất sức khỏe, đa dạng sinh học nâng cao, giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu. Mức độ thực hiện những lợi ích này phụ thuộc vào sự phân bố và số lượng không gian xanh trên toàn khu vực đô thị, cũng như từng loài cây được trồng. Các công cụ như i-Tree, do USDA phát triển, tồn tại để hỗ trợ lập kế hoạch, quản lý và vận động cho rừng đô thị. Các tác động tiêu cực có thể xảy ra đối với chất lượng không khí do VOC sinh học và phát thải phấn hoa cũng có thể được quản lý thông qua lựa chọn hợp lý các loài được trồng.
(d) Hành động khí hậu (SDG13)
Phần thảo luận chi tiết về tác động của đất đối với biến đổi khí hậu được đề cập trong Lal et al . [ 3 ]. Tuy nhiên, trong bối cảnh tác động của đất đến chất lượng không khí, điều đáng nhận xét là lượng bụi phát thải toàn cầu được ước tính là nguồn lớn nhất của sol khí tầng đối lưu và có thể tác động sâu sắc đến sinh quyển của Trái đất. Cụ thể, những hạt này tác động đến khí hậu bằng cách tán xạ và hấp thụ bức xạ (với hạt sét là đáng kể nhất [ 6 ]), đóng vai trò là hạt nhân cho sự hình thành đám mây và ảnh hưởng đến tính chất quang học của đám mây [ 49]. Các hiệu ứng khí hậu khác phát sinh từ sự lắng đọng của các sol khí bụi trong đại dương, cung cấp các vi chất dinh dưỡng hạn chế như sắt ảnh hưởng đến năng suất và hấp thụ carbon của các hệ sinh thái đại dương và ảnh hưởng đến nồng độ khí nhà kính trong khí quyển.
(e) Sự sống trên cạn và dưới nước (SDG14 và 15)
Phát thải đất dạng hạt và khí (cũng như các khí thải tự nhiên và nhân tạo khác) có thể tác động trực tiếp và gián tiếp đến sự sống trên đất và nước. Một số trong số này được thảo luận ở trên liên quan đến an ninh lương thực và tác động đến cây nông nghiệp và sức khỏe vật nuôi, và những tác động tương tự này liên quan đến các hệ thống phi nông nghiệp. Sự nhạy cảm khác nhau đối với khí thải dẫn đến axit hóa, bổ sung chất dinh dưỡng hoặc các chất ô nhiễm có thể trực tiếp làm thay đổi đa dạng sinh học đất và sinh khối / hoạt động của sinh vật đất. Những thay đổi đối với các quần xã thực vật trên mặt đất do phát thải cũng có tác động gián tiếp đến hệ sinh vật đất thông qua phản hồi giữa hai loại. Những thay đổi này đối với đa dạng sinh học và chức năng sau đó tác động đến một loạt các quá trình và dịch vụ hệ sinh thái khác. Ví dụ, ảnh hưởng đến hệ sinh thái đại dương (như được mô tả trong phần trước) có thể phát sinh do sự lắng đọng của bụi cung cấp các vi chất dinh dưỡng hạn chế ảnh hưởng đến năng suất.
4. Quản lý đất để cải thiện chất lượng không khí
Hiệu quả của các hành động được thực hiện để quản lý đất nhằm cải thiện chất lượng không khí phụ thuộc vào bản chất và tầm quan trọng của tác động cũng như hiệu quả của những hành động đó. Cụ thể, các cách tiếp cận quản lý để giảm thiểu sẽ có nhiều tác động hơn đến chất lượng không khí ở các khu vực nơi mà sự đóng góp của đất vào tải trọng khí quyển của một chất ô nhiễm nhất định là cao. Tuy nhiên, nhiều phương án quản lý trong số này có những lợi ích chung đáng kể, chẳng hạn như duy trì sức khỏe của đất hoặc cải thiện sức khỏe con người.
(a) Quản lý xói mòn
Các chiến lược kiểm soát xói mòn trong các hệ thống nông nghiệp phần lớn nhằm mục đích giảm sự tiếp xúc của đất với gió, giảm tốc độ gió hoặc giảm chuyển động của đất. Khuyến nghị cơ bản để giảm sự tiếp xúc của đất với gió là bảo vệ đất bằng thực vật sống hoặc chết và hạn chế thời gian đất trống. Các rào cản thực vật có thể hoạt động thông qua quá trình lọc và / hoặc ngăn chặn các hạt và khí trong không khí nhưng cũng cung cấp cấu trúc rễ để giữ cho đất ở đúng vị trí. Các rào cản gió có thể làm gián đoạn luồng gió ăn mòn qua các bề mặt không được bảo vệ bằng cách làm chậm mô hình luồng không khí trên bề mặt đất và giảm tốc độ gió 50–80%. Các cách khác để ổn định chuyển động của đất là điều hòa đất với nước để kiểm soát bụi. Kỹ thuật quản lý nước và thu hoạch nước có thể giảm thiểu sự lơ lửng của các hạt đất trong không khí đồng thời giúp ích cho các lợi ích khác như giảm sự bốc hơi của đất và độ ẩm của đất để có năng suất tốt hơn.
Xói mòn tự nhiên trong các vùng đất (đồng cỏ tự nhiên hoặc trảng cây bụi được chăn thả bởi gia súc trong nước) thay đổi theo chức năng của khí hậu, địa hình, thành phần thảm thực vật và tính chất của đất. Do đó, các biện pháp phòng ngừa trên đất trồng trọt tập trung vào việc hạn chế thoái hóa đất do con người gây ra bằng cách tránh chăn thả quá mức, đốt cháy hoặc sử dụng quá mức ở các vùng bán khô hạn và khô hạn.
Trong các hệ sinh thái tự nhiên, các biện pháp bảo vệ cũng nhằm mục đích giảm thiểu sự xáo trộn bằng cách giữ lại thảm thực vật, giảm nguy cơ cháy và giảm thiểu sự xáo trộn của các lớp thực vật tự nhiên có thể dẫn đến sa mạc hóa.
(b) Quản lý phân bón
Gần một nửa lượng nitơ mà cây trồng trên thế giới nhận được là từ phân tổng hợp, nhưng việc sử dụng quá nhiều phân N cũng dẫn đến phản ứng N đi vào môi trường ở dạng có hại. Điều này bao gồm các khí NH3 , NOx và N2O, và chất gây ô nhiễm nước. Do đó, cần quản lý cẩn thận N đầu vào của phân bón để giảm thất thoát N ra môi trường bằng cách phù hợp với N đầu vào cho sự phát triển của cây trồng.
Dạng phân N bón cũng ảnh hưởng đến tính dễ bị thất thoát khí. Phân bón gốc amoni và urê (thủy phân thành amoni) dễ bị thất thoát NH 3 . Phân bón làm từ urê có xu hướng bị mất bay hơi cao nhất do sự gia tăng độ pH sau quá trình thủy phân urê. Ngược lại, trong khi phân bón gốc nitrat không tạo ra NH 3 (trừ khi cũng chứa amoni), nitrat dễ bị rửa trôi và khử nitrat để tạo ra NO x và N 2 O.
Phân giải phóng chậm tránh làm dư thừa một lượng lớn N trong đất bất cứ lúc nào. Họ có thể làm giảm tổn thất NH 3 từ 40–78% so với các sản phẩm thông thường của họ. Phân hữu cơ tương tự như phân giải phóng chậm ở thời điểm cần thiết để N hữu cơ được khoáng hóa thành dạng có sẵn cho cây trồng.
Một chiến lược khác là sử dụng chất ức chế urease và chất ức chế nitrat hóa để làm chậm tốc độ thủy phân urê và nitrat hóa, tương ứng. Quá trình thủy phân urê chậm hơn làm giảm lượng NH3 thất thoát, trong khi quá trình nitrat hóa chậm hơn làm giảm tỷ lệ thất thoát do rửa trôi cũng như phát thải N 2O và NOx . Tuy nhiên, các chất ức chế quá trình nitrat hóa có thể tạo ra tỷ lệ phát thải amoniac cao hơn, đặc biệt là ở đất có độ pH cao và khả năng trao đổi cation thấp. Một giải pháp là sử dụng cả urease và chất ức chế nitrat hóa, có thể làm giảm cả NH3 và N2O.
Phương pháp bón phân cũng có thể ảnh hưởng đến sự thất thoát khí. Ứng dụng dưới bề mặt có thể làm giảm sự mất mát của NH 3 . Yan và cộng sự nhận thấy rằng trung bình ở cây trồng cạn và lúa ở Châu Á, 23,5% lượng phân N bị mất dưới dạng NH 3 đối với bón thúc nhưng chỉ 11,5% đối với sự kết hợp của urê. Tưới một thời gian ngắn sau khi bón phân cũng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển nitơ xuống bề mặt đất, nơi nó ít bị thất thoát khí hơn. Giảm thất thoát amoniac trung bình 35% khi sử dụng tưới so với tưới bằng mưa hoặc tưới tối thiểu đã được tìm thấy bởi Pan et al .
Các chất cải tạo đất khác có thể làm giảm tổn thất NH 3 bao gồm các hợp chất có khả năng liên kết amoni cao (ví dụ zeolit) hoặc hiệu ứng axit hóa (ví dụ axit humic hoặc axit fulvic).
Việc giữ lại tàn dư cây trồng trên bề mặt đất là một biện pháp chống xói mòn phổ biến. Tuy nhiên, một nhược điểm tiềm ẩn là nó có thể ngăn không cho phân bón tiếp cận với đất khoáng, dẫn đến tăng thất thoát NH3.
(c) Môi trường đô thị
Phát thải bụi từ đất trong môi trường đô thị chủ yếu được giới hạn trong các hoạt động địa phương như xây dựng, bao gồm cả phát triển đất và thường được quản lý chặt chẽ như một phần của các yêu cầu quản lý môi trường theo quy định. Do đó, ảnh hưởng chính của đất đến chất lượng không khí trong môi trường đô thị bắt nguồn từ vai trò của chúng trong việc hỗ trợ sự phát triển của thực vật, đặc biệt là sự phát triển của cây cối. Nhưng nền tảng cho sự phát triển của cây là đất. Đất đô thị thường có chất lượng kém, có hàm lượng cacbon và dinh dưỡng thấp, bị nén chặt và có thể chứa các chất gây ô nhiễm. Chất lượng đất kém được coi là một trong những yếu tố hạn chế đáng kể nhất đối với sự tồn tại và phát triển tối ưu của cây trong môi trường đô thị. Do đó, cải thiện chất lượng đất có thể có giá trị đáng kể để tăng cường sự phát triển của cây trồng. Một số cách tiếp cận có thể được sử dụng, mặc dù việc bổ sung vật liệu hữu cơ, ví dụ như phân trộn, lớp phủ, là phổ biến nhất và có thể là một chiến lược liên tục. Trong quá trình phát triển đất, các chiến lược khác như giữ lại lớp đất mặt để sử dụng trong các khu vực có thảm thực vật và giảm thiểu sự nén chặt của những loại đất này sẽ hữu ích.
(d) Công nghệ dựa trên đất
Lọc sinh học (loại bỏ các chất ô nhiễm dạng khí qua lớp đất có chứa đất) là một phương pháp tương đối rẻ để loại bỏ các khí có mùi hoặc độc hại từ các dòng khí ô nhiễm. Ví dụ về các loại khí có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng bộ lọc đất bao gồm hydro sunfua (H 2 S), amoniac (NH 3 ) và các hydrocacbon như metan (CH4), cacbon monoxit (CO) và etylen (C2H2). Hiệu suất tối ưu của bộ lọc sinh học đòi hỏi luống phải đủ xốp để cho khí lưu thông và độ ẩm cũng như độ pH của đất cũng được duy trì ở mức đủ để duy trì hoạt động của vi sinh vật. Việc cấy vào đất với các loài vi sinh vật cụ thể và / hoặc điều hòa đất trước khi tiếp xúc với khí ô nhiễm cũng đã được chứng minh là làm tăng tỷ lệ loại bỏ.
Ngoài các quá trình vi sinh vật, một số quá trình hóa học và vật lý trong đất có thể loại bỏ các chất ô nhiễm. Ví dụ, đất giàu sắt có thể được sử dụng để loại bỏ H2S về mặt hóa học khỏi dòng khí bằng cách tạo thành sunfua sắt.
Đất cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm từ các bãi chôn lấp. Đất và đất sét là những vật liệu phổ biến được sử dụng để che phủ bãi chôn lấp nhằm giảm sự phát thải khí ô nhiễm từ chất thải và sự thẩm thấu của nước vào bãi chôn lấp. Đất từ các bãi chôn lấp có thể có quần thể methanotroph (vi khuẩn oxy hóa mêtan) lớn và hoạt động mạnh, có thể loại bỏ 10–100% CH4 từ khí bãi chôn lấp.
(e) Thích ứng với biến đổi khí hậu
Biến đổi khí hậu có khả năng làm thay đổi sự đóng góp của đất đối với chất lượng không khí không chỉ thông qua sự thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa mà còn thông qua những thay đổi trong thực hành quản lý để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, rất khó để đánh giá mức độ thay đổi, vì bụi trong khí quyển cũng có ảnh hưởng đến khí hậu thông qua việc tạo ra phản hồi bụi-khí hậu từ những thay đổi trong cân bằng bức xạ do bụi khí quyển và mức độ nhạy cảm của chu trình bụi toàn cầu đối với khí hậu với tiềm năng hình thành khí hậu của các khu vực nguồn bụi lớn như Bắc Phi và Sahel. Hoạt động của bụi và khí thải trong tương lai có thể phụ thuộc vào hai yếu tố chính: sử dụng đất ở vùng nguồn và khí hậu. Đối với bụi, cả khí hậu trong vùng bụi và sự lưu thông trên quy mô lớn ảnh hưởng đến việc vận chuyển bụi đường dài đều quan trọng. Handmer và cộng sự ghi nhận mức độ tin cậy thấp trong việc dự báo những thay đổi của bão bụi trong tương lai, do những khó khăn trong việc dự báo việc sử dụng đất trong tương lai. Tuy nhiên, hoạt động của bão bụi có thể sẽ gia tăng ở những nơi vốn đã khô hạn sẽ dễ bị gia tăng hạn hán. Các tác động của biến đổi khí hậu có thể không chỉ làm tăng lượng phát thải bụi mà còn kích hoạt lại các khu vực dễ bị xói mòn do gió. Nhu cầu về tài nguyên nước gia tăng cũng có thể góp phần làm khô thêm các thủy vực phù du và tăng nguy cơ bão bụi. Các tác động ngược cũng có thể xảy ra, với các khu vực có lượng mưa gia tăng được dự báo ở phía đông châu Phi và đông Á.
Phát thải và lắng đọng NH3 rất nhạy cảm với khí hậu. Sự ấm lên trong tương lai có thể có khả năng làm tăng tổn thất NH3 từ nông nghiệp. Shen và cộng sự dự đoán rằng trong một kịch bản ấm lên mạnh mẽ, tổn thất NH3 từ nông nghiệp ở Hoa Kỳ có thể tăng 80% vào năm 2100, nhưng điều này có thể được giảm thiểu bằng cách thay đổi các phương thức quản lý.
5. Kết luận
Đất là một phần không thể thiếu của hệ sinh thái Trái đất và tương tác trực tiếp với khí quyển và hỗ trợ sự phát triển của thực vật. Quá trình quang hợp của thực vật là nguồn cung cấp O 2 chính cần thiết cho hầu hết các hoạt động sống của động vật. Đất cũng đóng một vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn của nitơ, lưu huỳnh và cacbon giữa sinh quyển và khí quyển.
Phát thải bụi đất, phần lớn từ các nguồn tự nhiên, được ước tính là nguồn lớn nhất của sol khí đối lưu, làm phát sinh nhiều tác động như ảnh hưởng đến cân bằng bức xạ toàn cầu và hình thành mây. Tuy nhiên, sự can thiệp của con người để giảm thiểu lượng khí thải này là một thách thức, do những khu vực rộng lớn mà từ đó phát sinh phần lớn lượng khí thải này.
Mặc dù đất nông nghiệp là nguồn cung cấp lương thực và thu nhập cho người dân, nhưng chúng cần được quản lý cẩn thận để tránh phát thải độc hại bụi, NH 3 và khí nhà kính vào khí quyển, vì những điều này có thể dẫn đến các vấn đề về sức khỏe con người và động vật, và suy thoái môi trường. .
Tuy nhiên, đất (và các vi sinh và thực vật mà chúng hỗ trợ) có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng không khí ở quy mô địa phương. Ví dụ về điều này bao gồm việc sử dụng cây xanh đô thị để giảm ô nhiễm không khí ở các thành phố và các bộ lọc sinh học dựa trên đất có thể loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ các nguồn ô nhiễm.
Biến đổi khí hậu có khả năng làm thay đổi mối quan hệ tương tác giữa chất lượng đất và không khí một cách phức tạp. Các quá trình của đất sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp bởi những thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa, cũng như những thay đổi trong thực hành quản lý và tăng trưởng thực vật.
Quản lý đất cẩn thận là điều cần thiết để đảm bảo chúng ta tiếp tục nhận được nhiều lợi ích mà chúng mang lại cho chúng ta.