在自然条件下，一氧化二氮主要从土壤和海洋中排出。然而，人类耕作、生产、使用氮肥、生产尼龙还有燃烧化石燃料和其他有机物的过程增加了一氧化二氮的排放量。
破坏臭氧层
N2O在大气中的存留时间长，可参与大气中许多光化学反应，并可输送至平流层，破坏臭氧层。有研究人员表示，根据1987 年通过的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，人类逐步削减了氯氟烃、含溴氟烃等消耗臭氧层物质的使用，但一氧化二氮的使用和排放不受议定书限制，然而，其对臭氧层的破坏作用越来越明显。
美国海洋和大气管理局地球系统研究实验室研究人员利用数学模型推算出，人类通过使用化肥、化石燃料等，每年向大气中排放约1000万吨一氧化二氮，如果不采取措施限制其排放，它将成为21世纪破坏性的消耗臭氧层物质。
温室效应
全球变暖和臭氧层破坏是当今两大全球环境问题。N2O是《京都议定书》规定的6种温室气体之一，根据该公约规定，包括中国在内的各缔约国都必须定期向联合国提交温室气体排放清单。虽然N2O在大气中的含量很低，但是其单分子增温潜势是CO2的298倍，即所能造成的温室效应的效果是二氧化碳的298倍，被列为排在二氧化碳、甲烷之后的第三大温室气体。
日本海洋研究开发机构下属地球环境研究中心研究员石岛健太郎在南采集冰雪样本进行分析后发现，南冰雪所含大气中，一氧化二氮浓度1952年为290ppb(lppb为十亿分之一) ，2001年上升到316ppb。研究人员认为，随着人口增加和耕地面积扩大，氮肥使用日广，氮肥所挥发的一氧化二氮在大气中的含量因此剧增。一氧化二氮进人大气后，需要120年才能得到完全分解。
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