Более эффективное использование азотных удобрений может снизить выбросы аммиака, которые образуются при возделывании риса, пшеницы и кукурузы, на 38 процентов. Для этого придется прибегнуть к удобрениям с ингибиторами нитрификации и вносить их точечно в течение всего сезона, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
До 60 процентов антропогенных выбросов аммиака приходится на сельское хозяйство, причем половина из них — на выращивание риса, пшеницы и кукурузы, которое требует внесения азотных удобрений. В атмосфере аммиак быстро окисляется до оксидов азота, которые обладают парниковым эффектом и вносят вклад в образование кислотных дождей, приземного (тропосферного) озона и эвтрофикацию водоемов. Ожидается, что к середине века объем азота, вносимого в почвы в виде минеральных и органических удобрений, увеличится еще на 46 процентов, поэтому необходимо искать пути сокращения азотных выбросов без ущерба урожайности.
Ученые под руководством Сюй Пена (Peng Xu) из Южного университета науки и технологий в Шэньчжэне уточнили оценку выбросов NH3, ассоциированных с выращиванием риса, пшеницы и кукурузы и определили потенциал их сокращения. Для этого они использовали полевые данные о выбросах, почвенных характеристиках и практиках применения удобрений в 2775 точках по всему миру и с помощью машинного обучения построили мировую карту потоков аммиака из сельскохозяйственных земель.
На 2018 год выбросы NH3 от трех основных злаковых культур составили 4,3 ± 1,0 миллиона тонн ежегодно, что несколько ниже предыдущих оценок, которые не учитывали местные практики внесения удобрений. Около трех миллионов тонн выбросов производит Азия, преимущественно за счет Китая и Индии. Следом за ней идут Северная Америка и Европа, в которых основным эмитентом выступает США. Авторы подсчитали, что выбросы аммиака можно сократить на 38 процентов или 1,6 миллиона тонн в год, если прибегнуть в этих регионах к более эффективному использованию удобрений.
Например, снизить выбросы поможет более тщательный выбор удобрений. Так, удобрения с добавками ингибиторов уреазы и нитрификации в составе будут препятствовать преобразованию азота в другие химические формы и его потерям для растений. Также эффективной стратегией будет переход на локальное внесение удобрений в корневую зону дробно в течение сезона — сейчас в регионах с высокими выбросами удобрения однократно рассеивают на поверхности почвы, из-за чего они больше контактируют с воздухом и окисляются.
Некоторые меры позволяют существенно снижать использование азотных удобрений при сохранении общего объема урожая. Например, недавно ученые предложили основным регионам-производителям зерна — США, Китаю и Европе — отказаться от части удобрений в пользу африканских стран к югу от Сахары. Согласно их расчетам, это снизит общее потребление азотных удобрений на треть и еще на две трети уменьшит выщелачивание нитратов за пределы сельскохозяйственных полей.