Соя оказалась не такой уж безобидной для климата культурой, как считалось раньше, и азотные удобрения тут ни при чем. Исправить ситуацию помогут покровные культуры и агрострахование.
Согласно новому исследованию, проведенному исследовательской группой Университета штата Айова, в течение типичного двухлетнего севооборота кукурузы и сои, который используют большинство фермеров Айовы, 40% выбросов закиси азота приходится на год выращивания сои.
Доля мощного парникового газа, выделяемого в течение соевой половины цикла севооборота, на удивление высока, учитывая, что большинство полей сои не обрабатываются азотом, говорит Майкл Кастеллано, профессор агрономии и профессор почвоведения имени Уильяма Т. Франкенбергера в Университете штата Айова.
«Ранее считалось, что бобовые культуры, такие как соя, не оказывают большого влияния на выбросы, поскольку они обычно не получают удобрений. Но естественные процессы в почве, в результате которых образуется закись азота, не прекращаются только из-за того, что вы не вносите удобрения. Почти половина выбросов в типичной системе земледелия приходится на соевые бобы, и пора подумать, как ими управлять», - сказал Кастеллано.
Команда под руководством Кастеллано и постдокторанта Томаса Делла Кьезы в статье, опубликованной в Nature Sustainability, поделилась результатами моделирования, которое показывает, что посев озимых покровных культур осенью и соевых бобов ранней весной может сократить выбросы на треть, одновременно увеличив урожайность.
«Моя любимая часть этого исследования заключается в том, что фермеры с большей вероятностью сразу же внедрят эти решения, потому что они практичны и масштабируемы», - отметил Кастеллано.
Ученый добавил, что в большинстве отраслей промышленности существуют технологии, позволяющие замедлить или остановить выбросы задерживающих тепло газов, вызывающих изменение климата, таких как углекислый газ. Сельское хозяйство сталкивается с более сложной проблемой. Его парниковое воздействие в основном обусловлено метаном и закисью азота, выбросами, которые трудно ограничить, поскольку они являются биологическими побочными продуктами. Пищеварение скота является источником метана, полевое растениеводство с обработкой почвы – виновник выбросов закиси азота.
«Если вы собираетесь выращивать урожай, будут выбросы парниковых газов. Логично, что основное внимание, уделяемое выбросам с полей кукурузного пояса, касается оптимизации использования азотных удобрений», - констатировал Кастеллано, который также возглавляет Iowa Nitrogen Initiative. Это текущий исследовательский проект, призванный предоставить фермерам Айовы более точные данные об оптимальных нормах азота. Правильное управление использованием удобрений является важным первым шагом в сокращении выбросов в системах кукурузы и сои и имеет другие экологические преимущества, такие как улучшение качества воды.
«Но удобрения - не единственный источник закиси азота в сельском хозяйстве. Когда микробы разлагают органические вещества в почве, часть вырабатываемого азота преобразуется в газообразную форму. Без растений, которые могли бы использовать азот, вырабатываемый при разложении, голая почва выделяет больше закиси азота, особенно весной, когда тепло и влага стимулируют микробную активность. Это то, что вызывает большинство выбросов от сои и происходит из-за биохимических процессов, которые мы не можем остановить», резюмировал Делла Кьеза.
Чтобы количественно оценить, насколько выращивание сои способствует выбросам закиси азота в доминирующем севообороте верхнего Среднего Запада США, Делла Кьеза и Кастеллано проанализировали данные 16 предыдущих исследований систем кукуруза-соя. Вывод о том, что 40% выбросов приходится на соевую половину севооборота, усиливает необходимость в более широком спектре вариантов смягчения последствий, сказал Делла Кьеза: «Нам нужно думать о методах управления, которые не связаны с удобрениями. Полгода у нас голая почва».
Стратегия, предложенная исследователями, должна радикально сократить время, которое сельскохозяйственные угодья проводят без живых растений. Например, воздушный посев озимых покровных культур овса или ржи на зрелых кукурузных полях покроет почву растениями на месяцы между посевами, а использование сорта сои с продленным ростом позволит проводить весеннюю посадку раньше. Двухсторонний метод сократит выбросы в год выращивания сои на 33% и, сдвинув посадку примерно на четыре недели вперед, увеличит урожайность на 16% на основе моделирования системы посевов.
Позднеспелые сорта сои широко доступны, и фермеры все чаще продвигают более раннюю посадку сои. Но они обычно отдают приоритет кукурузе весной, поскольку урожайность кукурузы больше страдает от позднего начала, чем урожайность сои. Помогает и то, что Министерство сельского хозяйства США в 2023 году перенесло примерно на неделю самую раннюю дату посадки сои, покрываемой федеральным страхованием урожая. Соевые бобы в большей части Айовы покрываются страховкой, если посажены 15 апреля или позже, в то время как кукуруза по всей Айове и соевые бобы в южной Айове покрываются 10 апреля или позже.
Кастеллано отметил, что в будущем федеральным чиновникам следует рассмотреть экологические преимущества установления более ранних дат посадки для страхового покрытия.
«Наша работа показывает, что ранняя посадка имеет определенную ценность, которую следует учитывать при принятии таких решений», - сказал он.
Кастеллано отметил, что трехлетнее последующее исследование для полевых испытаний выбросов и воздействия на урожайность при сочетании покровной культуры после кукурузы и более раннего посева сои находится в разработке. Результаты на экспериментальных участках в Айове, Иллинойсе, Миннесоте и Кентукки были многообещающими.
Другие исследования ученых Университета Айовы направлены на поиск выгоды более раннего посева. Кастеллано и Мэтью Хаффорд, профессор экологии, эволюции и биологии организмов в Iowa State, участвуют в исследовании, изучающем влияние выбросов более раннего посева кукурузы. А несколько университетских экспертов по селекции заняты генетическим улучшением культур, чтобы они были более устойчивыми к холоду в начале сезона.
«Независимо от подхода, крайне важно определить способы ограничения производства закиси азота в сельском хозяйстве, - подчеркнул Кастеллано. - По мере того, как мы декарбонизируем другие секторы экономики, ожидается, что выбросы от сельского хозяйства в процентном отношении к мировым выбросам будут быстро расти, поскольку возможности смягчения последствий немногочисленны и ограничены. Поэтому нам нужны эти стратегии сокращения».
Источник: Iowa State University.