Nitrogenoxid-emissioner fra Corn Belt-jorden stiger, når jorden fryser og tøs op

Dinitrogenoxid kan være meget mindre udbredt i atmosfæren end kuldioxid, men som en drivhusgas er det en dumhed. Med en styrke 300 gange større end CO₂ , dinitrogenoxids opvarmningspotentiale, især via landbruget, kræver opmærksomhed.

Forskere fra University of Illinois og University of Minnesota besvarer opkaldet. I en ny undersøgelse dokumenterer de en overset, men afgørende tidsramme for dinitrogenoxid (N₂ O) emissioner i amerikanske landbrugssystemer i Midtvesten:ikke-vækstsæsonen.

"Nitrogenoxidemissioner fra landbrugsjord er for det meste blevet undersøgt i vækstsæsonen. Tidligere forskning viser ikke-vækstsæson N₂ O-emissioner kan bidrage med op til 70-90 % af de årlige emissioner i nogle år, men det er ikke klart, hvor nøjagtigt det interval er for Midtvesten, eller hvilke processer og ledelsespraksis, der bidrager til disse emissioner i efteråret og vinteren," siger Yufeng Yang, undersøgelsens hovedforfatter og ph.d.-studerende ved U of M.

Yang og hans medforfattere brugte en computersimuleringsmodel kendt som ecosys til at bestemme hotspots og "hot moments" for N₂ O-emissioner på tværs af Midtvesten. Specifikt drillede de de klima- og miljøfaktorer, der bidrager til N₂ O-emissioner på amt-for-amt-basis i ikke-vækstsæsoner mellem 2001 og 2020. De så også på virkningerne af timing af gødningspåføring og nitrifikationshæmmere.

"Denne valideringsundersøgelse viser, at ecosys-modellen realistisk kan simulere N₂ O-emissioner fra landbrugsjord i den ikke-vækstsæson. Det betyder, at vi nu har en robust måde at kvantificere bidragene fra miljøvariabler og timing af nitrogentilførsel til denne vigtige drivhusgas," siger studiets medforfatter Kaiyu Guan, lektor i Institut for Naturressourcer og Miljøvidenskab og stiftende direktør for Agrocosystem Sustainability Center ved U of I.

For det første fandt forskerne ud af, at den ikke-voksende sæson i Midtvesten tegnede sig for en bred vifte af årlige N₂ O-emissioner:6 til 60%. Variationen kan spores tilbage til forskelle på amtsniveau, hvor emissionsniveauer divergerer for amter i de sydøstlige og nordvestlige yderpunkter af regionen.

For sammenhæng, jord N₂ O-emissioner er resultatet af mikrobielle processer, der omdanner nitrogen fra en form til en anden. Miljøforhold, såsom mængden af ​​fugt og ilt i jorden, jordtemperaturen eller mængden af ​​snepakning på jordoverfladen, påvirker, hvor meget og hvor hurtigt mikrober kan omsætte kvælstof, samt gasformige kvælstofprodukters evne til at blive frigivet til atmosfæren.

Ecosys-modellen opdagede disse miljømæssige drivkræfter i hele regionen og fremhævede større emissioner i amter med mere end 12 tommer nedbør uden for vækstsæsonen. Men forskerne ledte efter endnu flere detaljer for at forklare mønsteret.

"Mere intensiv frysning forårsaget af nedsat lufttemperatur var den dominerende årsag, der førte til øget ikke-vækstsæson N₂ O-emissioner i det sydøstlige Midtvesten. I det nordvestlige var øget nedbør og øget lufttemperatur under optøningscyklusser nøglefaktorerne for at fremme ikke-vækstsæson N₂ O produktion," siger Yang.

De langsigtede udsigter for disse regionale forskelle kan dog ændre sig under et skiftende klima. Yang simulerede fremtidige klimascenarier og fandt mindre frysning og optøning, hvilket potentielt dæmpede de spidser, der i øjeblikket opstår under disse forhold.

Holdet fandt også, at virkningerne af timingen af ​​påføring af nitrogengødning også varierede fra land til amt. Generelt var emissionerne større under efterårspåføring end forårspåføring.

"Resultater tyder på, at skift af efterårspåføring til forårspåføring og påføring af nitrifikationshæmmere på begge tidspunkter i høj grad kan reducere den årlige N₂ O-emissioner på regional skala og kan også reducere nitrogenudvaskningen," siger studiemedforfatter Ziyi Li, doktorgradsforsker, der studerer under Guan ved U of I.

Men den effekt var ikke universel. Marker i den vestlige del af undersøgelsesområdet oplevede færre emissioner med faldpåføring.

"Forskere foreslår altid at skifte til forårsgødning, men det er ikke en sort/hvid historie. Vores model gør det muligt for landmænd at modtage målrettede anbefalinger, der er specifikke for deres felter," siger Zhenong Jin, tilsvarende forfatter, projektleder og adjunkt i Digital Agriculture Gruppe ved U af M.

Forskerne siger, at modellen kan bruges til at evaluere virkningerne af yderligere forvaltningsstrategier, såsom dækafskæring og ingen jordbearbejdning, på N₂ O-emissioner.

"Bundlinjen er, at vi nu har en meget nøjagtig metode til at estimere N₂ O-emissioner på amtsskalaen i Corn Belt. Vi har undervurderet ikke-vækstsæsonen, men det viser sig at være en ret betydelig del af den årlige N₂ O-emissioner," siger Jin.

Undersøgelsen er publiceret i Agricultural and Forest Meteorology . + Udforsk yderligere

Hvor meget forårsnitrogen skal påføres? Vejret før plantning kan give et fingerpeg