När växthusgaserna går, dikväveoxid (N2 O) är en doozy. Med en global uppvärmningspotential som är 273 gånger så stor som koldioxid, vilket minskar N2 O kan göra stor skillnad. Men innan begränsning kan ske är det viktigt att förstå var föreningen kommer ifrån.
De flesta analyser pekar på jordbruket som den största källan till N2 O globalt. Men det finns många variabler inom jordbruket – typ av gröda och gödselmedel, markstruktur, bevarandemetoder och mer – som kan påverka N2 O-utsläpp. En nyligen genomförd studie från University of Illinois Urbana-Champaign ger en omfattande redovisning av dessa faktorer, och fann bland annat att långsiktig hantering utan jordbearbetning effektivt kan minska N2 O-utsläpp.
Studien, "Estimating soil N2 O-utsläpp inducerade av tillförsel av organiska och oorganiska gödselmedel med hjälp av en Tier-2, regressionsbaserad metaanalytisk metod för jordbruksmarker i USA", publiceras i Science of the Total Environment
"Vår analys gör det möjligt för oss att identifiera metoder som fungerar bra i specifika regioner och uppmuntra program inklusive framväxande ekosystemtjänstemarknader för att belöna effektiv förvaltning", säger studiens medförfattare Michelle Wander, professor vid Institutionen för naturresurser och miljövetenskaper, en del av studien. College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) i Illinois.
Wander säger föregående N2 O-redovisningen har antingen varit för grov, oförmögen att fastställa specifika jordbruksfaktorer som påverkar utsläppen; eller för komplicerat, vilket kräver tidskrävande beräkningar och komplexa algoritmer. Det är därför Yushu Xia, som doktorerade med Wander, siktade på en medelväg i sin analys.
"Vi var motiverade att fylla gapet mellan alltför förenklade (Tier-1) och alltför komplicerade (Tier-3) tillvägagångssätt, så vi utvecklade Tier-2-redovisning. Vi samlade en stor metadatabas, som har nästan 2 000 observationer från amerikanska jordbruksmarker, för att få relativt exakta uppskattningar utan komplicerade algoritmer eller användning av superdatorer", säger Xia, numera biträdande forskningsprofessor i Lamont vid Columbia University.
Xia skapade sin metadatabas från publicerade studier och offentliga databaser, och drog in prediktorer inklusive jordegenskaper, topografi, odlingssystem, gödseltyper, klimatfaktorer och förvaltning. Hon tittade på N2 O-utsläpp på månads- snarare än årsbasis för att fånga säsongsmässiga skillnader i flödeshastigheter. Teamet övervägde också skillnader inom amerikanska regioner för att se om grupper som Ecosystem Services Market Consortium borde skräddarsy program för specifika områden.
Av de förvaltningsmetoder som ingick i analysen var no-till den mest signifikanta och konsekventa förknippade med minskat N2 O-utsläpp över tid och rum. Men författarna är snabba med att påpeka att no-till i detta sammanhang hänvisar till något mycket specifikt.
Wander förklarar att etiketten "ingen jordbearbetning" kan vara missvisande eftersom roterande jordbearbetning eller alternativ jordbearbetning inte har samma effekt som äkta, långtidsfri jordbearbetning. Det senare leder till mer komplex markstruktur, inklusive stabila makroporer som kan bidra till att minska produktionen av växthusgaser.
Wander sa:"I vår analys varierade metoderna för reducerad jordbearbetning mycket när det gäller N2 O-utsläpp, vilket visar att de inte är en silverkula. Endast verklig no-till-hantering minskade utsläppen konsekvent."
Gödseltyp och jordstruktur var också viktiga faktorer.
"Götselmedelstyp gjorde stor skillnad", sa Xia. "Till exempel orsakade flytande gödsel mycket mer utsläpp jämfört med fast gödsel, som är en produkt som släpper långsammare. Vattenfri ammoniak hade de högsta utsläppen av de gödseltyper vi utvärderade, men utsläppen från den källan var mycket varierande."
Det finns vissa saker som ledningen inte kan ändra på. Analysen visade till exempel att jordar med finare textur släppte ut mer N2 O än grovtexturerade jordar. Den identifierade också viktiga regionala skillnader i hur jordstruktur och vatten interagerar.
"Markmikrober bearbetar kväve på komplexa sätt, och markfuktighet och textur kan göra stor skillnad när det gäller om slutprodukten av mikrobiell bearbetning är ofarligt dikväve eller växthusgasen lustgas", sa Xia. "Vi måste tänka på det bästa sättet att hantera utsläpp från bevattnade och icke-bevattnade system, men vi är inte där än."
Medan analysen pekade på flera nyckelfaktorer som bidrar till jordbruket N2 O-utsläpp och identifierade luckor som ska fyllas med ytterligare forskning, studiens verkliga värde ligger i att förbättra den äldre Tier-1-metoden utan att kräva de enorma beräkningsresurserna för Tier-3-redovisning. Metadatabasen kan dock användas för att kalibrera och validera Tier-3-studier; författarna har delat det med andra i forskarvärlden för att göra det.
"För att rättvist belöna bönder för förvaltarskap måste vi veta var och när praxis kan minska utsläppen av växthusgaser," sa Wander. "Vi visar att generell linjär modellering är en praktisk nivå 2-metod som beslutsfattare kan lita på för att ge rekommendationer."
Mer information: Yushu Xia et al, Uppskattning av markens N2O-utsläpp som orsakas av tillförsel av organiska och oorganiska gödselmedel med hjälp av en Tier-2, regressionsbaserad metaanalytisk metod för jordbruksmarker i USA, Science of The Total Environment (2024). DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.171930
Journalinformation: Science of the Total Environment
Tillhandahålls av University of Illinois College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES)
