Неуловимый враг климата: ученые выследили выбросы закиси азота с полей

Азотные удобрения, которые фермеры вносят для повышения урожайности, имеют и обратную сторону. Когда растения не могут усвоить весь азот, его избыток превращается в закись азота — парниковый газ, удерживающий в атмосфере почти в 300 раз больше тепла, чем углекислый газ. Около 70% всех антропогенных выбросов закиси азота приходится именно на сельскохозяйственные почвы, что делает поиск путей их сокращения критически важной задачей.

Прежде чем рекомендовать эффективные методы борьбы с выбросами, ученым необходимо понять, где и когда именно они происходят. Сбор данных — процесс трудоемкий и дорогостоящий, поэтому большинство предыдущих исследований не могли похвастаться масштабностью. Новаторская работа ученых из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне изменила ситуацию. Они провели многолетнее тщательное исследование выбросов закиси азота и углекислого газа на коммерческих полях кукурузы и сои при различных сценариях обработки почвы. Полученные данные не только помогут разработать рекомендации по смягчению последствий, но и уточнят климатические модели, прогнозирующие наше будущее.

Соавтор исследования Чунхва Чан подчеркивает, что сокращение выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве помогает достичь глобальных климатических целей. Он отмечает, что для разработки обоснованных стратегий необходимы масштабные и многолетние данные с высоким пространственным и временным разрешением, которых до этого исследования попросту не существовало. Команда ученых под руководством Кайю Гуана из центра Agroecosystem Sustainability Center создала самую обширную на сегодняшний день базу данных о выбросах на фермерских полях, используя финансирование программы ARPA-E SMARTFARM Министерства энергетики США.

Представьте себе поле, усеянное крошечными «дымовыми трубами» на уровне земли, из которых выходят почвенные газы. Еженедельно или раз в две недели в течение двух лет исследователи приезжали со специальным оборудованием для измерения концентрации этих газов. Места с постоянно высокими выбросами называли «горячими точками», а периоды резкого роста концентрации газов после дождей или внесения удобрений — «горячими моментами».

Результаты оказались неожиданными. Выяснилось, что выбросы углекислого газа были довольно стабильны на разных участках и в разные годы, как на полях с кукурузой, так и с соей. По словам Чана, это говорит о том, что для оценки общих потоков CO2 с поля достаточно точечных замеров с высоким разрешением. С закисью азота все оказалось гораздо сложнее.

Закись азота, напротив, вела себя совершенно непредсказуемо. Ее концентрация на одном и том же участке могла резко меняться от замера к замеру. Более того, ученые не смогли предсказать, где на поле в следующий раз появится «горячая точка» выбросов. Чан объясняет, что в один день пик активности мог быть в точке А, а при следующем измерении — уже в точках B и C. Эти «горячие точки» постоянно перемещались.

Это открытие крайне важно, поскольку оно ставит под сомнение точность предыдущих исследований, основанных на ограниченном количестве замеров. Именно такие данные используются в глобальных климатических моделях, которые прогнозируют переломные моменты для планеты, поэтому их точность имеет огромное значение.

Исследование также показало, как методы ведения хозяйства влияют на выбросы. В то время как выбросы CO2 были выше при традиционной вспашке и непрерывном выращивании кукурузы, ситуация с закисью азота оказалась еще более показательной. Ее выбросы были значительно выше на кукурузных полях по сравнению с соевыми, а при сочетании непрерывного выращивания кукурузы с традиционной вспашкой их уровень становился запредельным. Как заключает Чан, хотя мы и не можем предсказать, где и когда произойдет очередной всплеск выбросов, мы точно знаем, что правильное управление почвой имеет решающее значение.