梁沛健：地表臭氧污染及氣候變化如何影響農作物產量
最近聯合國發表報告證實在極低上空的臭氧層洞正逐漸修復，預計到2066年臭氧層會恢復到1980年前的狀態。這個巨大成功是歸功於各國同心協力減少破壞臭氧層的氣體CFC的排放。但是地表臭氧又如何呢？讓我分享一下我研究的結果，看一看會不會帶來一些啓示。
地表臭氧就是地面對流層上的臭氧，不是平流層的臭氧層。地面上的臭氧對人體健康和環境健康都是一個嚴重威脅。當地面上面的氣體如氮氧化物，一氧化碳，或揮發性有機化合物（VOC）受到陽光照射就會產生臭氧。這幾種氣體大氣科學家ozone precursors中文可以形容叫做臭氧前體。大部分臭氧前體都是人類活動排放出來的，如汽車和工廠的廢氣，這些廢氣都含有例如一氧化碳或氮氧化物等臭氧前體。當臭氧前體濃度的比例適中，透過陽光的照射就會產生臭氧。
在香港，秋天就是空氣最污染的時候。因爲陽光充足，加上風速不大，污染物就不能吹散。污染物的累積導致能見度低，產生光化學煙霧（smog）和臭氧。環保署的空氣質素指標都包括臭氧。通常空氣指標最嚴重的時候臭氧濃度都是很高。
臭氧對生物有害，因為它由三個氧氣分子組成，所以是一個很強的氧化劑。如果人類吸收了臭氧就會刺激到氣管，更加可以導致肺部同埋心臟受損。如果植物吸收了就會破壞葉綠素，減少光合作用，導致植物嘅健康降低，更加容易受到其他的環境壓力影響。爲了研究氣候變化和臭氧對農作物的影響，科學家將每個國家的氣體排放計算好，然後給政府間氣候變化專門委員會（IPCC）統籌。就會得出現時溫室氣體的基線 （baseline）。科學家將不同發展程度國家的排放得出不同的未來場景假設。例如一個極端的情景，這個悲觀場景就是假設每個國家的溫室氣體排放都係會根據現時上升趨勢不變。另外一個就是樂觀的場景，就是各國通力合作，一致減少溫室氣體的排放。我們就利用這些數據去放入環境模型，去分析三種變量：臭氧污染，二氧化碳濃度和氣候變化所帶來嘅影響。
我們用的環境模型叫JULES （Joint UK Land Environment Simulator）這個模型可以模擬農作物的生長。可以選擇不同環境氣候或人為因素，模擬這些因素對農作物產量的影響。這個模型利用美國一所大學做的臭氧對農作物生長影響研究，將實驗結果和臭氧濃度計算出一個參數，然後應用於模型内。我們的研究發現悲觀場景（高臭氧濃度）中農作物的產量會低很多,特別是大豆，小麥和稻米。熱帶地區的農作物更會因為氣溫過高而導致農作物失收。
研究發現大豆最容易受到臭氧和氣候變化的影響，降低產量。在美國伊利諾伊州的農業研究所進行了一個實驗。就是在大豆田上釋放不同濃度的臭氧。然後等大豆收割後對產量。實驗發現如果臭氧濃度增加一倍，大豆產量減少超過20%。最耐氣候變化和空氣污染的農作物就是粟米。粟米原產於美洲，是一個耐旱和耐熱的植物，它的光合作用機制跟其他農作物不同。它的光合作用機制叫C4，可以把二氧化碳濃縮到較高的濃度，而提高光合作用效率，所以自然吸收較少臭氧，臭氧對粟米的影響因此比其他農作物小。
全球溫度上升和氣候變化導致有更多的極端天氣例如去年歐洲經歷的史無前例的熱浪。像英國這些緯度高的地方氣溫都升到40度，植物就會因為過熱導致入面的蛋白酵素不能運作，更加會脫水。另一個極端就是超强的降雨。當大氣層的氣溫升高，儲存的水分都會增加，所以一下雨，就會雨量高，容易導致水浸。另外在亞熱帶地方會遇到更加強的颱風，很多作物都會被吹壊。極端天氣導致的交通中斷亦會阻礙農作物的出產，最後嚴重影響糧食安全。
減少臭氧形成和氣候變化比修復臭氧層困難多，因爲要控制多個氣體的排放是不容易的。但是如果各國傾力合作，把減排的技術和資源平均分享，減緩氣候變化也是有可能的。下期我們討論一下如何面對糧食危機。
Reference
https://www.scmp.com/comment/opinion/article/3206906/clear-evidence-working-together-we-can-save-our-planet
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac7246/meta
https://www.cpr.cuhk.edu.hk/en/press/cuhk-led-study-estimates-over-one-fifth-of-staple-crops-will-be-lost-by-2050-due-to-ozone-pollution-and-climate-change/
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