Потоки вблизи ферм выделяют высокие уровни парникового газа
В верховьях водосбора в Миннесоте вода настолько насыщена растворенной закисью азота (N2O), что гидролог из Университета Иллинойса Чжунцзе Ю сравнивает её с банкой газировки.
"Если вы зачерпнёте воду из местных ручьёв и измерите содержание закиси азота, насыщение будет в десятки тысяч раз выше, чем было бы в равновесии с атмосферой. Другими словами, она перенасыщена этим мощным парниковым газом".
В двух недавних статьях, опубликованных в Environmental Science & Technology и Geophysical Research Letters, Ю и его коллеги обнаружили, что выбросы из подобных ручьёв в значительной степени происходят из процессов нитрификации в сельскохозяйственных почвах. Более того, они выяснили, что выбросы из водотоков составляют гораздо большую часть годового бюджета N2O, чем считалось ранее.
"Обычный метод оценки выбросов закиси азота — измерение с помощью камеры, установленной на поверхности почвы, но сосредоточение исключительно на почве не даёт представления о выбросах N2O из нижележащих экосистем, которые получают избыток азота из сельскохозяйственных систем. Когда мы проследили за этими нижележащими выбросами, мы обнаружили, что они потенциально могут составлять до одной трети от общего объёма выбросов N2O в регионе Кукурузного пояса".
Часть N2O, которая хранится в почве, транспортируется со стоком и выбрасывается из принимающих ручьёв и рек, оставалась недооценённой частью вклада сельского хозяйства в выбросы парниковых газов.
"Лучшее понимание этих косвенных выбросов из водотоков позволяет уточнить оценки прямых выбросов из почвы. В нашем случае высокий вклад выбросов из ручьёв позволяет предположить, что выбросы из почвы, возможно, были переоценены в текущих региональных бюджетах N2O".
Изотопный анализ и "горячие точки"
Во время микробных процессов нитрификации и денитрификации азот и кислород — компоненты N2O — претерпевают тонкие изотопные изменения, которые приборы Ю могут считывать как отпечаток пальца. Анализ проб воды из ручья показал, что до половины N2O происходит из процесса нитрификации в сельскохозяйственных почвах.
Анализ также выявил "горячие точки" и "горячие моменты" производства N2O и последующей его потери в водотоки. Например, после внесения аммиачных удобрений, за которым следуют интенсивные осадки.
"Наши результаты показывают, что выбросы из водотоков наиболее высоки в районах с сильной связью между ручьями и окружающими почвами, особенно в более влажные периоды. Крупные штормовые события, таяние снега и установка дренажных систем, которые усиливают связь почва-поток, вносят непропорционально большой вклад в высокие выбросы N2O через водотоки. Эти области и события должны быть приоритетными для целенаправленных мер по смягчению последствий".
Оценка вклада водотоков
Когда команда отобрала пробы воздуха с высокой башни (100 м над землёй), изотопные сигнатуры показали, что по крайней мере 35% N2O в регионе поступает из водотоков. Однако Ю осторожен в отношении этой оценки, поскольку она получена только с одной башни в Миннесоте.
"Когда обсуждаются выбросы N2O в сельском хозяйстве, внимание часто сосредоточено на внесении азотных удобрений или низкой эффективности использования азота. Результаты наших исследований расширяют это понимание, раскрывая потенциальную важность косвенных путей выбросов через ручьи и реки".
Это означает, что методы управления, снижающие вымывание или способствующие эффективному круговороту воды, являются не только лучшими практиками для улучшения качества воды, но и имеют потенциал для снижения выбросов парниковых газов.
"С другой стороны, практики, способствующие усиленной инфильтрации почвенной воды, которые обычно считаются полезными для предотвращения переувлажнения почвы, могут непреднамеренно увеличить выбросы N2O ниже по течению. Это подчеркивает необходимость целостных подходов к управлению, которые рассматривают циклы азота и воды в совокупности".