Ученые Мичиганского государственного университета определили новый источник закиси азота, парникового газа, который более эффективен, чем углекислый газ. Виновник?
Крошечные кусочки разлагающихся листьев в почве.
Это новое открытие, представленное в текущем выпуске Nature Geoscience, может помочь уточнить прогнозы выбросов закиси азота, а также определить будущие методы земледелия и управления почвой.
«Большая часть закиси азота вырабатывается в объеме почвы размером с чайную ложку, и эти так называемые горячие точки могут быстро выделять много закиси азота», - сказал Саша Кравченко, заводовод, почвовед и микробиолог МГУ, ведущий автор. исследования.«Но причина появления этих горячих точек озадачила почвенных микробиологов, так как она была обнаружена несколько десятилетий назад».
Частично досада была вызвана тем, что ученые рассматривали более крупные пространственные масштабы. Трудно изучить и обозначить целое поле как источник выбросов парниковых газов, когда источником являются граммы почвы с разлагающимися листьями. Переход от бинокля к микроскопу поможет улучшить прогнозы эмиссии N2O, которые традиционно точны в лучшем случае примерно на 50 процентов. Потенциал глобального потепления закиси азота в 300 раз больше, чем у двуокиси углерода, а выбросы в значительной степени обусловлены сельскохозяйственной практикой.
«Эта работа проливает новый свет на то, что приводит к выбросам закиси азота с продуктивных сельскохозяйственных угодий», - сказал Джон Шейд, программный директор программы долгосрочных экологических исследований Национального научного фонда, которая финансировала исследование вместе с NSF. отдел наук о Земле.«Нам нужны подобные исследования, чтобы направлять создание устойчивых методов ведения сельского хозяйства, необходимых для того, чтобы накормить растущее население с минимальным воздействием на окружающую среду».
Чтобы раскрыть секреты этих горячих точек N2O, Кравченко и ее команда взяли образцы почвы на участке долгосрочных экологических исследований биологической станции Келлог МГУ. Затем в партнерстве с учеными из Чикагского университета в Аргоннской национальной лаборатории они исследовали образцы на синхротронном сканирующем оборудовании в Аргонне, гораздо более мощной версии медицинского компьютерного томографа. Мощный рентгеновский сканер проник сквозь почву и позволил команде точно охарактеризовать среду, в которой производится и выделяется N2O.
«Мы обнаружили, что выбросы в горячих точках происходят только при наличии крупных пор почвы», - сказал Кравченко. «Частицы листьев действуют как крошечные губки в почве, впитывая воду из больших пор, создавая микросреду, идеальную для бактерий, вырабатывающих закись азота."
Не так много N2O образуется в областях, где присутствуют более мелкие поры. Мелкие поры, как, например, в глинистых почвах, более плотно удерживают воду, чтобы она не могла впитаться частицами листа. Без дополнительной влаги бактерии не могут производить столько закиси азота. Маленькие поры также затрудняют выход образующегося газа из почвы до того, как он будет поглощен другими бактериями.
«В этом исследовании геометрия пор в почве рассматривалась как ключевая переменная, влияющая на то, как азот перемещается через эти почвы», - сказал Энрикета Баррера, программный директор отдела наук о Земле NSF. «Знание этой информации приведет к новым способам сокращения выбросов закиси азота из сельскохозяйственных почв».
Более конкретно, в будущих исследованиях будет рассмотрено, какие листья растений способствуют более высоким выбросам N2O. Растения с большим количеством азота в листьях, такие как соевые бобы, скорее всего, будут выделять больше N2O по мере разложения листьев. Исследователи также изучат характеристики листьев и корней и увидят, как они влияют на выбросы.