Ученые научились отслеживать путь серы от виноградников до рек
Каждую неделю во время сезона роста виноделы в Калифорнии обрабатывают виноград серными фунгицидами для защиты от мучнистой росы. Это эффективная защита от потенциально губительной для урожая болезни в одной из крупнейших отраслей штата.
Но когда идет дождь и фунгицид смывается, куда девается вся сера?
Новое исследование Университета Колорадо в Боулдере впервые показало, что сельскохозяйственная сера имеет уникальный "отпечаток", который можно отследить от момента применения до конечной точки. Исследование, опубликованное в Environmental Research Letters, открывает путь к защите водных путей от непреднамеренных последствий антропогенного применения серы.
"Мы обнаружили, что влияние винодельческого хозяйства можно увидеть в реке Напа, даже когда виноградники занимают всего 11% площади водосбора. Это очень стабильный отпечаток, который мы можем отследить, чтобы понять, что в итоге происходит", — сказала Ив-Лин Хинкли, старший автор публикации.
Добываемая из месторождений по всему миру, сельскохозяйственная сера используется как удобрение и пестицид. В 2020 году она превзошла сжигание ископаемого топлива как крупнейший антропогенный источник серы в окружающей среде — отчасти благодаря Закону о чистом воздухе 1970 года, который снизил уровень серы из атмосферных источников до доиндустриального уровня. Раньше сера в атмосфере была повсеместной — главный компонент так называемых "кислотных дождей".
Многие фермеры теперь активно компенсируют это сокращение атмосферных отложений, увеличивая использование серных удобрений. По словам Хинкли, виноделы сегодня применяют гораздо больше серы, чем выпадало из атмосферы в эпоху кислотных дождей.
Этот ярко-желтый химикат также является пестицидом №1 в сельском хозяйстве Калифорнии, в основном в виноградниках, что делает их идеальным местом для изучения его перемещения через почвы, конечных точек и возможных последствий.
Исследователи подозревают, что сера может создавать проблемы ниже по течению, мобилизуя тяжелые металлы — например, ртуть — в водно-болотных угодьях, высвобождая токсины, угрожающие людям и дикой природе.
Уникальный "отпечаток" серы
Чтобы разделить атмосферную и антропогенную серу, исследователи работали как судебные эксперты. По всей долине Напа они взяли пробы для измерения концентраций серы на ее пути от почвы до поверхностных вод. Они анализировали химический состав серы и обнаружили уникальную химическую сигнатуру сельскохозяйственной серы, идентифицируемую на атомном уровне.
Даже когда сельскохозяйственная сера подвергается нескольким химическим превращениям из-за взаимодействия с микробами и другими веществами в окружающей среде, уникальная сигнатура сохраняется, что позволяет ее отслеживать, сказала Хинкли.
"Она сильно отличается от сигнатуры, которую мы видим в атмосферных осадках или геологическом выветривании — других фоновых источниках серы", — отметила Хинкли.
Цель ее работы — не запретить использование серы в сельском хозяйстве (ее применяют со времен египтян), а стратегически точно настроить ее использование для поддержания винодельческой отрасли и минимизации непреднамеренного воздействия на окружающую среду.
"Эта работа может помочь в разработке технологий, которые позволят фермерам выбирать, когда и сколько применять, вместо того чтобы постоянно применять одно и то же количество превентивно", — сказала Хинкли.
Многие виноделы понимают, что будущее их бизнеса связано с землей и здоровьем местных экосистем, особенно поскольку они уже сталкиваются с последствиями изменения климата, такими как сильные дожди, засуха и лесные пожары.
"Моя цель как ученого — всегда работать в партнерстве с землевладельцами и фермерами. Я надеюсь, что мы сможем прийти к тому, что они смогут продолжать работать очень устойчивым образом, который также защищает окружающую среду", — сказала Хинкли.
По мере глобального расширения сельскохозяйственных земель Хинкли также надеется, что результаты этой работы можно будет применить в других регионах, где использование серы будет только расти.
Роль потребителя
Большинство вин в мире производятся с сульфитами — добавлением диоксида серы в процессе виноделия. Эта древняя практика защищает от окисления и влияет на цвет и вкус вина, но небольшая часть населения чувствительна к сульфитам.
Надпись "без добавления серы" на этикетках относится к сере, добавленной в процессе виноделия, а не до него.
Но однажды потребители могут увидеть на бутылках маркировку, относящуюся к сере, добавленной к винограду еще на лозе, — знак приверженности виноградника защите местной почвы и качества воды. Возможно, "устойчивое применение серы" появится глянцевыми буквами рядом с "органическим" и другими сертификатами, призванными влиять на решения покупателей.
"Для потребителей вина полезно знать, как выращивался этот виноград и откуда он. Есть производители, которые действительно стараются как можно меньше воздействовать на землю, работать и адаптироваться к изменениям, с которыми они сталкиваются из-за изменения климата", — сказала Хинкли.
"У потребителя есть роль в том, чтобы помочь направлять эти решения".