Зачем проводить анализ на наличие закиси азота (N2O)?

Причину найти несложно: согласно Межправительственной панели по изменению климата

Согласно данным Международного совета по патентному сотрудничеству (IPCC), от 16% до 27% выбросов парниковых газов, вызванных деятельностью человека и приводящих к изменению климата, связаны с сельским хозяйством.

Однако большая часть этих выбросов не связана с хорошо известным углекислым газом, который является виновником глобального потепления.

Это совершенно другой газ: закись азота (N2O).

«N2O — это то, что мы знаем как «веселящий газ», — сказал исследователь загрязнения питательными веществами из Нью-Йоркского университета и член Международной инициативы по азоту».

(Международная инициатива по азоту, группа, занимающаяся исследованиями и разработкой политики в области загрязнения азотом)

Дэвид Кантер, вице-президент Международного валютного фонда, считает, что этому вопросу не уделяется должного внимания. Он сказал:

«Об этом парниковом газе часто забывают». Однако на молекулярном уровне N2O играет значительную роль в потеплении атмосферы.

Оно примерно в 300 раз мощнее углекислого газа.

Подобно углекислому газу, он имеет длительный срок жизни, оставаясь в воздухе в среднем 114 лет, прежде чем разложиться.

Это также истощает озоновый слой. Короче говоря, влияние закиси азота на климат нельзя недооценивать. Ученые МГЭИК подсчитали, что

На долю N2O приходится около 6% выбросов парниковых газов, и примерно три четверти этих выбросов N2O приходится на сельское хозяйство.

Несмотря на значительный вклад выбросов N2O в изменение климата, политики до сих пор не предприняли прямых мер по борьбе с ними.

Накопление N2O продолжается. Обзор источников и поглотителей N2O, проведенный в 2020 году, показал, что за последние 40 лет N2O...

Выбросы увеличились на 30%, почти превысив максимально возможный сценарий выбросов, предложенный МГЭИК. Виновником являются сельскохозяйственные угодья.

почвы – особенно из-за массового глобального использования синтетических азотных удобрений.

Сегодня ученые пробуют различные методы обработки почвы или корректировки сельскохозяйственной практики для снижения выбросов N2O.

Майк, специалист по сельскохозяйственной экологии и почвоведению из Университета штата Айова.

«Все, что может повысить эффективность использования удобрений, будет иметь большое значение», — сказал Майкл Кастеллано, эксперт по применению удобрений.

Это окажет большую помощь.

Нарушение азотного цикла

Круговорот азота на Земле нарушен деятельностью человека. До появления современного сельского хозяйства фермы существовали…

Большая часть азота, доступного растениям, поступает из компоста, навоза и азотфиксирующих микроорганизмов, которые поглощают газообразный азот (N2) и преобразуют его в...

Он превращается в аммоний, растворимое питательное вещество, которое может поглощаться корнями растений.

Ситуация изменилась с появлением процесса Хабера-Боша.

Это позволяет производить аммиачные удобрения в больших количествах в промышленных масштабах.

Широкое использование синтетических удобрений привело к увеличению урожайности сельскохозяйственных культур и обеспечению продовольствием населения мира. Однако избыток нитратов и аммония также способствовал этому.

На производство аммиачных удобрений приходится около 1% мирового потребления энергии и выбросов углекислого газа.

1,4% (этот процесс требует нагревания азота и воздействия на него давления до 400 атмосфер, поэтому он очень энергоемкий).

Что еще более важно, удобрения могут приводить к увеличению выбросов N2O, поскольку фермеры часто вносят удобрения в больших количествах несколько раз в год.

Азотные удобрения вносятся, но не могут быть полностью усвоены культурами.

Если эти удобрения не смогут полностью усвоиться корнями растений, часть из них попадет в поля и загрязнит водоемы.

Остальная часть аммиака поглощается различными почвенными микроорганизмами, которые превращают аммиак в нитрит, а затем в азотную кислоту.

Затем соль превращается в азот. В ходе этого процесса на нескольких этапах в качестве побочного продукта может образовываться N2O.

Избыточное использование удобрений может вызывать загрязнение окружающей среды, в том числе образование N2O. Удобрения могут состоять из аммонийных или нитратных групп.

Когда корни не усваивают все питательные вещества, оставшееся удобрение подвергается ряду преобразований, опосредованных микроорганизмами.

Большая часть азота находится в форме газообразного азота (N2), а небольшое количество — в форме N2O (мощного парникового газа).

Возвращение в атмосферу.

Для снижения выбросов N2O можно тщательно распределять удобрения в соответствии с потребностями культур или найти способы поддерживать урожайность и экономить удобрения.

С этой целью ученые пробуют различные методы. Одна из современных стратегий исследований заключается в использовании точности.

Сельскохозяйственная технология, использующая дистанционное зондирование для определения того, когда и где следует вносить азот в поля, и в каком количестве.

Другой подход заключается в использовании ингибиторов нитрификации — веществ, которые подавляют реакцию, посредством которой микроорганизмы превращают аммиачный азот в нитратный азот.

Химические вещества, блокирующие образование N2O и удерживающие азот в почве, что позволяет растениям расти в течение более длительного периода времени.

использовать.

Согласно данным Международного института прикладного системного анализа (IIASA),

В 2018 году исследователи из Института системного анализа подсчитали, что к 2030 году, если эти две технологии получат широкое распространение,

Такой подход позволил бы сократить выбросы N2O примерно на 26% по сравнению с существующей практикой. Но исследователи говорят, что для достижения этой цели необходимо учитывать следующее:

Этих мер недостаточно для достижения целевых показателей по сокращению выбросов парниковых газов, установленных в Парижском климатическом соглашении.

Изучение других стратегий.

Один из возможных подходов заключается в использовании потенциала определенных микроорганизмов для прямой доставки азота к растениям, как это делают азотфиксирующие бактерии в случае с соей.

«В этой земле скрывается настоящая золотая жила», — сказал Исай Са.

Исаи Салас-Гонсалес, редактор журнала Annals of Microbiology за 2020 год, сказал:

Один из авторов статьи о микробиомах растений в журнале Journal of Microbiology и недавней публикации.

Прямо в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилле

Специалист в области вычислительной биологии, защитивший докторскую диссертацию.

Следуя этой логике, с 2019 года компания Pivot Bio выпускает продукт под названием Pivot Bio.

Утверждается, что микробиологический продукт компании Proven работает за счет внесения инокулянта в борозду, где высаживаются семена кукурузы.

Она образует симбиотические отношения с корнями сельскохозяйственных культур. (Для сорго, пшеницы, ячменя и риса компания также планирует использовать этот метод).

Микроорганизмы каждый раз «подкармливают» растения небольшим количеством азота в обмен на сахара, выделяемые растениями.

Это позволит снизить потребность в синтетических удобрениях, заявил Карстен Темме, генеральный директор Pivot Bio.

Сказал.

Тайми заявил, что ученые компании обнаружили это, выделив штамм Kosakonia, геном которого уже обладал способностью фиксировать азот.

Для получения инокулянта использовались штаммы сахаристой сахары. Хотя эти гены изначально не были активны в полевых условиях,

Однако, используя редактирование генов, ученым удалось повторно активировать набор из 18 генов, так что

Даже в присутствии синтетических удобрений нитрогеназа может быть синтезирована.

«Они начинают синтезировать этот фермент», — сказала Тэмми.

Стивен Холл, биогеохимик из Университета штата Айова, в настоящее время использует большие объемы данных.

Продукт тестировали в небольших контейнерах размером с мусорное ведро. В контейнеры высаживали кукурузу, а затем исследователи помещали в них инокулянт.

Затем почву обрабатывали различными дозами синтетических удобрений, после чего измеряли урожайность кукурузы, образование N2O и другие показатели.

Хотя результаты анализов еще не получены, Холл сказал, что для «микробных» анализов...

Гипотеза о том, что биомасса снижает потребность в удобрениях и, следовательно, уменьшает выбросы N2O, была выдвинута...

Предварительные результаты подтверждают это.

Исследователь из Университета штата Айова за работой. Для измерения выбросов N2O ученые используют...

Для сбора выбросов из почвы используется закрытый ящик, из которого затем берутся пробы.

Однако некоторые почвоведы и микробиологи скептически относятся к этому быстрому решению, предполагающему использование микробов.

Тулум Ма, аспирант в области экологической микробиологии в Университете Гвельфа, Канада.

Толу Мафа-Аттойе говорит, что такие «биоудобрения», как это, имели переменный успех.

Норма внесения зависит от типа почвы и условий окружающей среды.

Например, в исследовании на пшеничном поле инокуляция полезными микроорганизмами увеличила рост растений, но привела к...

«По-прежнему остается много неизвестного», — как написали в феврале коллеги Марфы-Атойе из Гвельфа.

В журнале Frontiers in Sustainable Food Systems

Например, будет ли воздействие микроорганизмов на почвенную экологию негативным, или же они будут вытеснены местными микроорганизмами.

бить.

Кэролайн Орр, микробиолог из Университета Тиссайда в Великобритании, сказала:

Орр, профессор биотехнологии в Университете Висконсина в Мэдисоне, говорит, что вместо добавления новых микроорганизмов лучше стимулировать рост желаемых микроорганизмов, которые уже присутствуют в почве.

Было установлено, что сокращение использования пестицидов привело к более разнообразным микробным сообществам и более интенсивной естественной фиксации азота.

Кроме того, на образование N2O влияют углерод, кислород и азот, на которые, в свою очередь, влияют использование удобрений, орошение и обработка почвы.