Компьютерные модели показывают, как производство сельхозкультур увеличивает выбросы закиси азота из почвы

Исследование с использованием экосистемного моделирования, проведенное учеными из Университета штата Айова, показывает, как сельскохозяйственное производство в США привело к росту выбросов закиси азота (N₂O), мощного парникового газа, на протяжении последнего столетия.

Исследователи использовали огромные массивы данных о погодных условиях, состоянии почв, землепользовании и методах ведения сельского хозяйства, чтобы "накормить" модель и количественно оценить изменения в выбросах N₂O из почв США. Исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Global Change Biology, разбило почвенные выбросы по типам экосистем и основным культурам. Оно показало, что общий рост выбросов N₂O в основном обусловлен расширением сельхозугодий с 1900 года и интенсивным внесением удобрений.

Использование таких экосистемных моделей для оценки источников выбросов N₂O может помочь политикам при разработке природоохранных планов и мер по борьбе с изменением климата.

Результаты показывают утроение выбросов

Исследование показало, что выбросы N₂O из почв США с 1900 года выросли более чем в три раза: со 133 миллионов метрических тонн в эквиваленте CO₂ (MMT CO₂ eq) в год в начале XX века до 404 MMT CO₂ eq в год в 2010-х годах.

Почти три четверти этого роста приходятся на сельскохозяйственные почвы, причем на производство кукурузы и сои приходится более 90% увеличения выбросов, связанных с агросектором.

Рост выбросов соответствует расширению пахотных земель в США. Модели показали, что земли, отведенные под сельхозпроизводство, выделяют больше N₂O, чем естественные ландшафты. Это в основном связано с широким применением азотных удобрений и выращиванием бобовых культур. Добавленный азот частично потребляется растениями, а остальная часть остается в почве или теряется в окружающей среде. В этом процессе микроорганизмы в почве потребляют соединения азота и выделяют N₂O в качестве побочного продукта.

Поскольку в среднем под кукурузу вносится больше азотных удобрений, чем под другие культуры, исследование показало, что почвы, на которых выращивается кукуруза, как правило, выделяют больше N₂O на единицу использованного удобрения.

Валидация модели

Исследователи сравнили результаты своей модели с реальными данными для проверки. Например, предсказания модели по урожайности совпали с национальными данными об урожайности, начиная с 1925 года, для основных культур, таких как кукуруза, соя, пшеница, рис и других. Это показывает, что модель может отслеживать долгосрочную динамику поглощения азота, которая поддерживает рост урожайности за последнее столетие.

Они также сравнили прогнозы модели по выбросам N₂O с реальными данными, собранными с различных естественных и сельскохозяйственных почв по всей стране, а также с многолетними измерениями на участке севооборота кукуруза-соя в центральной Айове.