Исследование, проведенное доктором Годуном Цзи (кафедра экологической инженерии Пекинского университета), посвящено проблеме выбросов закиси азота (N2O) реками. Закись азота, являясь долгоживущим (116 ± 9 лет) парниковым газом, обладает в 265-298 раз большим потенциалом глобального потепления, чем CO2, в масштабе 100 лет, а также участвует в разрушении озонового слоя стратосферы.
Реки во всем мире являются значительным антропогенным источником выбросов N2O. При оценке и управлении косвенными выбросами N2O (IPCC) речные потоки N2O обычно считаются линейно возрастающими с увеличением нагрузки нитратов с фиксированным коэффициентом выбросов EF5r (0,26%). Однако реки мира крайне неоднородны. Неопределенности неизбежно возрастают при экстраполяции этого упрощенного фактора для глобальной оценки.
Кроме того, понимание речных выбросов N2O остается фрагментарным, с уклоном в сторону рек, богатых азотом, и пока не выявлено четкой крупномасштабной закономерности для рек мира. Основываясь на этих упрощенных и фрагментарных представлениях, сложно понять основополагающий механизм речных выбросов N2O и количественно оценить воздействие человека. Это, в свою очередь, препятствует разработке эффективных стратегий смягчения последствий.
Годун Цзи вместе со своим учеником Шуо пытаются решить эту сложную проблему с помощью интеллектуального анализа данных. Они пытаются объяснить, как выделяется N2O и как уменьшить его выбросы в реках мира, используя простейшую математическую кривую. Им удалось обнаружить универсальную EF-линию в реках мира, которая может служить руководством для устойчивого управления речными выбросами N2O.
Было установлено, что EF5r уменьшается с увеличением концентрации NO3-, точно соответствуя обратно пропорциональной функции EF5r = k/[NO3-] (R2 = 0,90) для естественных рек. Значение k, равное 0,02, представляет ситуации без антропогенного воздействия, что может служить эталоном для общего уровня питательных веществ и базовых выбросов N2O в реках. Что касается сельскохозяйственных и городских рек, то антропогенное воздействие вызвало общее увеличение их базовых уровней и появление горячих точек. Значения k для сельскохозяйственных и городских рек увеличились до 0,09 и 0,05 соответственно, причем 11% и 14% точек стали горячими точками N2O.
Команда подсчитала, что приоритетный контроль за загрязнением органическими веществами и NH4+ может устранить горячие точки и снизить выбросы сельскохозяйственных и городских рек на 51,6% и 63,7% соответственно. Этот вывод имеет большое значение для практического применения. В будущем хорошо управляемая урбанизация, включая интенсификацию землепользования, улучшение сбора сточных вод и расширение возможностей очистки сточных вод, благоприятно скажется на быстром устранении горячих точек в городах.
В то же время, централизация сельского хозяйства и выявление критических источников важны для управления горячими точками N2O в сельскохозяйственных водосборах. Однако, учитывая рост населения и огромный спрос на удобрения, нитраты неизбежно будут вымываться из интенсивных пахотных систем. Дальнейшее восстановление базовых выбросов при удалении нитратов является долгосрочной задачей.
