Выращивание сои имеет неожиданно высокий углеродный след, но его можно сократить
В рамках типичного двухлетнего севооборота кукурузы и сои, который используют большинство фермеров Айовы, 40% выбросов закиси азота (N2O) приходится на год выращивания сои. Это показало новое исследование команды из Университета штата Айова.
Доля этого мощного парникового газа, выделяемого в соевую часть цикла севооборота, удивительно высока, учитывая, что большинство полей сои не обрабатываются азотными удобрениями, отметил профессор агрономии Майкл Кастеллано.
«Мы просто предполагали, что бобовые культуры, такие как соя, не имеют большого углеродного следа, потому что они обычно не получают удобрений. Но естественные процессы в почве, которые производят закись азота, не останавливаются только потому, что вы не вносите удобрения», — сказал Кастеллано. — «Почти половина наших выбросов в типичной системе земледелия приходится на сою, и мы даже не задумывались о том, как ими управлять».
Команда под руководством Кастеллано и постдока Томаса Делла Кьеза надеется это изменить. В статье, опубликованной в этом месяце в Nature Sustainability, они также представили моделирование, показывающее, что посев покровных культур осенью и более ранняя посадка сои весной могут сократить выбросы на треть при одновременном увеличении урожайности.
Внутренняя проблема
В сельском хозяйстве основное влияние на парниковый эффект оказывают метан и закись азота — выбросы, которые трудно контролировать, поскольку они являются биологическими побочными продуктами. Основным источником закиси азота является управление почвами.
«Если вы собираетесь выращивать сельскохозяйственные культуры, будут и выбросы парниковых газов», — сказал Кастеллано.
Но удобрение — не единственный источник N2O в сельском хозяйстве. Когда микробы разлагают органическое вещество в почве, часть произведенного азота превращается в газообразную форму. Без растений, которые могли бы использовать азот, образующийся при разложении, голая почва выделяет больше закиси азота, особенно весной, когда тепло и влага стимулируют микробную активность. Это и вызывает большую часть выбросов при выращивании сои.
Сокращение площади незанятых земель
Чтобы количественно оценить вклад сои в выбросы N2O в доминирующем севообороте кукуруза-соя на Среднем Западе США, исследователи проанализировали данные 16 предыдущих исследований. Обнаружение того, что 40% выбросов приходится на соевую часть севооборота, подчеркивает необходимость более широкого спектра мер по их смягчению.
«Полгода у нас голая почва», — отметил Делла Кьеза.
Стратегия, изученная в статье, резко сокращает время, которое сельхозугодья проводят без живых растений. Аэрационный посев овса или ржи в качестве покровной культуры в созревающие кукурузные поля покроет почву растениями в месяцы между культурами, а использование сортов сои с удлиненным периодом вегетации позволит провести более раннюю весеннюю посадку.
Согласно моделированию, этот двусторонний метод сократит выбросы в год выращивания сои на 33%, а благодаря переносу посадки примерно на четыре недели раньше увеличит урожайность на 16%.
Сорта сои с удлененным циклом широко доступны, и фермеры все чаще стремятся к более ранней посадке сои. Однако они обычно отдают приоритет кукурузе весной, потому что урожайность кукурузы сильнее страдает от позднего старта, чем урожайность сои.
Помогает и то, что Министерство сельского хозяйства США (USDA) в 2023 году сдвинуло на неделю раньше самую раннюю дату посадки сои, покрываемую федеральным страхованием урожая. В будущем федеральным чиновникам следует учитывать экологические преимущества установления более ранних сроков посадки для страхового покрытия, считает Кастеллано.
Что дальше?
Готовится трехлетнее последующее исследование для полевых испытаний влияния комбинации покровной культуры после кукурузы и более ранней посадки сои на выбросы и урожайность. Результаты на экспериментальных участках в Айове, Иллинойсе, Миннесоте и Кентукки были многообещающими.
Другое исследование Университета штата Айова ищет способы использовать преимущества более ранней посадки. Независимо от подхода, крайне важно найти способы ограничить производство N2O в сельском хозяйстве, подчеркивает Кастеллано. Хотя в настоящее время на его долю приходится лишь небольшая часть глобальных выбросов парниковых газов, закись азота, фунт за фунтом, удерживает примерно в 300 раз больше тепла, чем CO2, и ее относительное влияние на изменение климата, вероятно, возрастет в ближайшие годы.
«По мере декарбонизации других секторов экономики выбросы от сельского хозяйства как доля глобальных выбросов, как ожидается, будут быстро расти, поскольку возможности для их смягчения немногочисленны и ограничены. Поэтому нам нужны эти стратегии сокращения», — заключил Кастеллано.