Elizabeth Bent, Universitatea din Guelph

Consensul științific copleșitor este că gazele produse de activitatea umană afectează climatul global. Dar, chiar dacă nu credeți că încălzirea actuală a climatului global este cauzată de oameni, este doar de bun simț că reducerea producției umane de gaze care captează căldura poate ajuta la inversarea tendinței ascendente recente a temperaturilor globale.

solul

În timp ce politicienii încearcă să schimbe realitatea votând fapte, oamenii de știință ca mine vor înainta cât de bine putem găsi soluții la problema copleșitoare a schimbărilor climatice.

Agricultura este o sursă adesea trecută cu vederea de gaze cu efect de seră produse de om. În prezent responsabil pentru 10% -12% din emisiile antropogene de gaze cu efect de seră la nivel mondial, este un domeniu potrivit pentru o revizuire a reducerii emisiilor. Dar, odată cu creșterea populației umane globale, cum pot fermierii să crească producția de alimente pentru a satisface cererile, reducând simultan emisiile de gaze cu efect de seră? Cercetările actuale vizează modalități de atenuare a producției de gaze cu efect de seră, menținând în același timp productivitatea agricolă, prin strategii precum schimbarea modului în care plantele sunt lăsate pe câmpuri în toamnă, modificarea cantității și a adăugării îngrășămintelor în câmpuri și ajustarea a ceea ce hrănim animalele.

Izolatorii în cauză

Gazele cu efect de seră absorb radiațiile infraroșii - adică căldura. Odată ajunși în atmosfera Pământului, acționează ca o pătură izolatoare, prinzând căldura soarelui. Dioxidul de carbon, cel mai faimos gaz cu efect de seră, este ceea ce expiri cu fiecare respirație. Principala activitate umană care produce CO2 este arderea combustibililor fosili.

Metanul și oxidul de azot sunt, de asemenea, gaze cu efect de seră și ambele sunt produse în ferme. Metanul provine, în principal, din orezale, depozite de gunoi de grajd și animale rumegătoare, cum ar fi bovine. Oxidul de azot se întoarce la îngrășăminte care conțin azot (inclusiv gunoi de grajd, de obicei îngrășământul ales pentru fermele organice) adăugate solurilor. Aceste gaze sunt deosebit de îngrijorătoare, deoarece au o capacitate mai mare de captare a căldurii decât CO2, ceea ce înseamnă că nivelurile crescute de oxid de azot și gaze metanice au un efect mai mare asupra temperaturii atmosferice.

Vaporii de apă din aer pot, de asemenea, prinde căldura și pot acționa astfel ca un gaz cu efect de seră. Nivelurile de vapori de apă depind de temperatura atmosferică, care este la rândul ei afectată de nivelurile de gaze care captează căldura în aer. Prin reducerea nivelurilor altor gaze cu efect de seră din aer, vom reduce, de asemenea, cantitatea de vapori de apă care captează căldura prin evaporarea apei de suprafață. Acest lucru are implicații pentru fermele care utilizează irigarea.

Ciclul azotului natural de la fermă

Toate plantele au nevoie de azot, dar forma care constituie majoritatea aerului nu le este ușor accesibilă. Acestea depind de ciclul azotului Pământului pentru a-l transforma într-o formă utilizabilă pentru ei.

Furnizarea de azot pentru culturile lor este unul dintre principalele motive pentru care fermierii aplică îngrășăminte, fie că sunt organice sau sintetice. Un proces biologic natural denumit denitrificare transformă azotul din îngrășăminte (sub formă de azotat sau amoniu) în gaz azot inofensiv (N2, o componentă majoră a atmosferei Pământului).

Unul dintre pașii procesului de denitrificare este producția de oxid de azot. Pentru a finaliza procesul de denitrificare, bacteriile care apar în mod natural în sol convertesc oxidul de azot în N2. Cu toate acestea, nu orice bacterie din mediu care produce oxid de azot o poate reduce și la N2 gazos.

Suma activității tuturor bacteriilor denitrifiante din sol, împreună cu chimia solului și factorii climatici, va afecta ratele relative ale consumului sau producției de oxid de azot de către un petic de sol. Când cantitatea de îngrășământ adăugată unui sol este mai mult decât poate fi preluată și utilizată de plante, se produc deseori explozii de oxid de azot. În climatele în care pământul îngheață iarna, dezghețul de primăvară este adesea însoțit și de explozii de producție de oxid de azot. Aceste explozii de oxid de azot sunt o problemă pentru planeta care se încălzește.

Fabricarea metanului

În natură, microorganismele cunoscute sub numele de metanogeni convertesc forme simple de carbon în metan (CH4). Producția de metan sau metanogeneza are loc în absența oxigenului. Astfel, solurile înundate de apă (cum ar fi mlaștinile sau orezele) tind să producă mai mult metan, la fel ca și metanogenii care trăiesc în rumenul (stomacul) animalelor rumegătoare, cum ar fi vacile și oile.

Cum se reduc gazele cu efect de seră de la ferme

Există o serie de modalități de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră de la ferme, dar niciuna nu este complet simplă - ecosistemele microbiene din soluri și rumenurile animalelor sunt medii complexe, iar instrumentele pentru a le studia în detaliu au existat cu adevărat de câteva decenii. Dar sunt în curs cercetări pentru a aborda emisiile de gaze cu efect de seră provenite din agricultură și este deja clar că există mai multe căi care vă pot ajuta.

Știm că, în climatele în care pământul îngheață, iernarea plantelor pe sol (adică lăsarea plantelor intacte pe suprafața solului după recoltare în loc să le arate sau să le îndepărteze în toamnă) poate ajuta la reducerea emisiilor de oxid de azot. O teorie care explică acest efect este aceea că compoziția și activitatea comunităților bacteriene din sol care produc gaz oxizi de azot sau care le transformă în N2 sunt afectate de temperatura solului și de nutrienții adăugați în sol. Efectul izolator al lăsării plantelor pe suprafața solului va afecta temperatura solului. Iar plantele contribuie cu substanțe nutritive care sunt adăugate în sol pe măsură ce se descompun lent în perioadele de peste îngheț. Este sigur un sistem complicat, iar lucrul la acest subiect este continuu.

Știm, de asemenea, că limitarea intrărilor de azot la doar cantitatea care poate fi utilizată de plante poate reduce emisiile. Acest lucru este ușor, în principiu, desigur, dar de fapt, ghicirea cantității de azot de care are nevoie un câmp plin de plante pentru a crește bine și apoi furnizarea suficientă pentru a asigura randamente bune este, în practică, foarte dificilă. Prea puțin azot și plantele tale pot să nu crească la fel de bine ca ar trebui.

Agricultura cu consum redus are ca scop reducerea nivelurilor de produse aplicate, inclusiv îngrășăminte, la câmpuri. Împreună cu cele mai bune practici de gestionare, ar trebui să contribuie la reducerea atât a producției de gaze cu efect de seră, cât și a impactului agriculturii asupra mediului.

Oferirea animalelor de diferite tipuri de alimente poate modifica emisiile de metan de la animalele rumegătoare. De exemplu, o cantitate mai mare de lipide (grăsimi) din dietă poate reduce emisiile, dar adăugarea unui număr prea mare provoacă efecte secundare asupra capacității animalelor de a digera alți nutrienți. Adăugarea nitraților poate reduce, de asemenea, emisiile de metan, dar prea mult nitrat este toxic. Cercetătorii lucrează în prezent la modificarea compoziției populațiilor de microorganisme din rumen pentru a reduce metanogeneza - și astfel emisiile.

În plus, ar putea fi posibil să se adauge bacterii în soluri sau în digeratoarele de gunoi de grajd pentru a reduce producția de oxid de azot, deoarece anumite bacterii denitrifiante adăugate în solul îngrășat au putut reduce emisiile de oxid de azot într-un studiu recent. Bacteriile utilizate în acest studiu erau organisme naturale izolate din solurile japoneze, iar bacterii similare se găsesc în solurile din întreaga lume.

Unul dintre obiectivele laboratorului în care lucrez este să aflu cum diferitele strategii de management agricol afectează bacteriile naturale din sol și modul în care aceste schimbări se raportează la nivelurile de oxid de azot pe care le produce solul. S-ar putea ca, în viitor, fermierii să folosească amestecuri de bacterii atât pentru a promova creșterea și sănătatea plantelor, cât și pentru a atenua emisiile de oxid de azot din solurile din fermele lor.

Să nu mai așteptăm

Lumea este un loc complicat - numeroasele procese care alcătuiesc ciclurile globale de carbon și azot interacționează în moduri complexe pe care le studiem încă. În plus față de alte soluții pe care inginerii le-au conceput care ar trebui să contribuie la reducerea emisiilor, trebuie să continuăm să lucrăm la piesa agricolă a acestui puzzle.

Elizabeth Bent

Elizabeth Bent primește finanțare de la Ministerul Alimentației și Agriculturii din Ontario și Consiliul de Cercetări în Științe Naturale și Inginerie din Canada. Ea se consultă cu propria companie, Renaissance Biological Solutions, Inc.

Universitatea din Guelph oferă finanțare ca partener fondator al The Conversation CA.

Universitatea din Guelph oferă finanțare ca membru al Conversației CA-FR.