ИИ-модель для снижения выбросов аммиака с сельхозугодий на 38%

Международная исследовательская группа под руководством Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) разработала модель искусственного интеллекта (ИИ), которая может помочь снизить глобальные выбросы аммиака (NH₃) от сельского хозяйства. Исследование «Управление удобрениями для сокращения глобальных выбросов аммиака» опубликовано в Nature.

Используя машинное обучение, исследование показало, что:

• Глобальные выбросы NH₃ с пахотных земель ниже, чем считалось ранее.
• Оптимизация управления удобрениями может снизить эти выбросы примерно на 38%, без сокращения общего использования азотных удобрений.

Проблема и важность

Выбросы NH₃ из сельского хозяйства и промышленности приводят к загрязнению воздуха и воды, угрожают экосистемам и здоровью человека. Хотя сам NH₃ не является парниковым газом, он может превращаться в почве и атмосфере в закись азота — мощный парниковый газ.

• Производство риса, пшеницы и кукурузы отвечает за более половины глобальных выбросов NH₃ с пахотных земель.
• До сих пор нехватка точных глобальных данных затрудняла разработку эффективных стратегий снижения выбросов для разных стран.

Методология

Команда под руководством профессора Джимми Фунга (HKUST) и профессора Чжэн И (SUSTech) создала набор данных на основе полевых наблюдений за выбросами NH₃ с 1985 по 2022 год. На его основе была обучена ИИ-модель, которая оценивает глобальные выбросы с учётом:

• климата,
• характеристик почвы,
• типа культур,
• практик орошения, внесения удобрений и обработки почвы.

Результаты и потенциал

Модель способна генерировать индивидуальные планы управления удобрениями для разных регионов. Например, в Азии около 76% площадей под пшеницей подходят для использования удобрений с повышенной эффективностью (EEFs) для снижения выбросов NH₃, так как температура играет ключевую роль в этих выбросах.

• Оптимизация (сроки внесения, состав удобрений, практики посадки и обработки) может снизить выбросы NH₃ от трёх ключевых культур до 38%.
• Наибольший потенциал снижения — у Азии, затем следуют Северная Америка и Европа.
• Это особенно важно, так как прогнозируется рост глобальных выбросов NH₃ с пахотных земель на 4.0–5.5% к 2060 году. Даже частичная реализация потенциала снижения компенсирует этот рост.

Значение

Как отметил профессор Джимми Фунг, работа предоставляет актуальную глобальную карту выбросов NH₃, которая может информировать политику и практику, направленные на сокращение смога и обеспечение продовольственной безопасности, и демонстрирует огромный потенциал больших данных и ИИ для устойчивого развития.