Обезуглероживание сельского хозяйства имеет решающее значение для достижения США чистого нулевого уровня выбросов к 2050 году. Новый подход, основанный на данных, рассматривает методы, которые полезны для земли и выгодны для фермеров.

Мир полагается на американских фермеров в том, что они делают гораздо больше, чем просто накрывают на стол. Помимо производства продуктов питания для людей и животных, американские фермеры производят сырье для производства биотоплива.

В процессе этого на долю сельскохозяйственной промышленности приходится около 10% выбросов парниковых газов (ПГ) в США. Поскольку количество земель, отведенных под сельское хозяйство, ограничено, фермерам необходимо найти больше способов работать эффективно, устойчиво и прибыльно, одновременно сокращая выбросы парниковых газов. С помощью новых методов фермеры могут превратить фермы в чистый поглотитель CO2, помогая США достичь своей цели по достижению чистого нулевого уровня выбросов к 2050 году.

Устойчивая интенсификация - это двусторонний подход, который, по мнению многих, может помочь. Он пытается оптимизировать методы землепользования и управления для достижения максимальной продуктивности сельскохозяйственных угодий и в то же время минимизировать связанное с этим воздействие на окружающую среду. Хитрость заключается в том, чтобы найти правильный баланс между этими двумя целями.

Ученые, специализирующиеся на моделировании агроэкосистем и анализе жизненного цикла (LCA) из Университета штата Колорадо (CSU) и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), применили новый аналитический подход к проблеме в недавнем исследовании выращивания кукурузы и сои в Айове. Они являются соавторами статьи "Подход к оценке жизненного цикла ландшафта с несколькими продуктами для оценки местного потенциала смягчения последствий изменения климата", опубликованной в выпуске журнала "Журнал чистого производства" от 20 июня.

"Концепция устойчивой интенсификации сельского хозяйства была применена в более широком ландшафтном применении", - сказал один из соавторов статьи, Хойунг Квон, главный ученый-эколог из отдела анализа энергетических систем и инфраструктуры Аргонна (ESIA). "Мы рассмотрели производительность и выбросы парниковых газов, попытались оптимизировать тактику и продукты управления земельными ресурсами, а также исследовали различные компромиссы, которые улучшают землю и производительность земли".

Например, фермеры могут очищать и перерабатывать остатки урожая кукурузы (или "стовер") на биотопливо, но часть стовера может оставаться в почве в качестве ценных источников питательных веществ и углерода для будущих культур. Фермеры могут сажать покровные культуры в течение зимнего (или "парового") сезона, чтобы дополнить убранный стовер. Авторы приняли во внимание энергию, которая связана с затратами на выбросы при посадке покровных культур, чтобы целостно рассмотреть чистые выгоды от удаления соломы и посадки покровных культур. Фермеры также могут сократить количество обрабатываемых земель после окончания вегетационного периода, что уменьшает гниение и уменьшает количество CO2, выделяемого из почвы. Однако фермер должен обработать часть земли, чтобы быть готовым к следующему вегетационному сезону.

В то время как некоторые фермеры уже следуют одному или даже всем трем из этих методов, ученые из Аргонны считают, что лучшее понимание их воздействия будет мотивировать больше людей делать это с реальной пользой.

"Наш подход дает целостный взгляд и рассматривает перспективу фермера: какие продукты можно производить на земле и каковы преимущества устойчивого развития?" сказал соавтор Трой Хокинс, руководитель группы по топливу и продуктам в подразделении ESIA компании Argonne. "Фермерство может быть рискованным и малорентабельным занятием. Прибыльность всегда будет в центре внимания. Однако устойчивость имеет ценность, которая может быть непризнана. Как мы можем объединить все это с изменениями в методах управления земельными ресурсами, чтобы сделать сельское хозяйство более устойчивым и снизить затраты фермеров?"

Ученые рассмотрели компромиссы и синергию между устойчивой интенсификацией и мерами по сохранению, связывающими углерод, в реальном сценарии. Они использовали две модели — DayCent и LCA по парниковым газам, регулируемым выбросам и использованию энергии в технологиях (GREET) — для оценки сельскохозяйственных угодий вверх по течению от Де-Мойна, штат Айова.

Модель DayCent представляет ежедневные потоки углерода, азота и воды между атмосферой, растительностью и почвой в природных и сельскохозяйственных экосистемах. Ученые полагались на него для оценки выбросов парниковых газов при производстве кукурузного этанола и последствий сбора остатков.

Они использовали данные для учета выбросов, связанных с сельскохозяйственными работами и использованием собранного зерна кукурузы, сои и кукурузной муки в качестве сырья для производства биотоплива. GREET широко используется в различных отраслях промышленности для оценки энергопотребления, выбросов парниковых газов, выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и потребления воды, связанных с цепочками поставок биотоплива и другими транспортными и энергетическими технологиями. Коллега-соавтор Майкл Ванг, временный директор отдела энергетических систем и инфраструктуры Argonne, является основным архитектором GREET.

Согласно исследованию, сбор 30% урожая кукурузы для производства биотоплива увеличит доходы фермы, удвоит чистую рентабельность и увеличит общее производство биотоплива в ландшафте на 17-20%. Удаление печи также несколько снизило бы выбросы парниковых газов, но это уменьшило базовое количество полезного углерода в почве на 40%. Для сравнения, комплексные подходы, включающие обрезку зимнего покрова и/или снижение интенсивности обработки почвы, увеличили бы содержание углерода в почве, повысили бы рентабельность фермерских хозяйств и уменьшили бы количество парниковых газов.

"Мы сосредоточились на кукурузе и сое, но наш подход можно было бы распространить и на другие культуры", - сказал Хокинс. "Многие фермы сегодня являются крупными промышленными фермами, которые являются высокотехнологичными и гораздо больше полагаются на данные с высоким разрешением. Мы хотим предоставить фермерам, региональным планировщикам и другим специалистам в области управления сельским хозяйством инструмент для расчета того, как рационально использовать землю и получать от нее максимальную отдачу. Это будет способствовать достижению как прибыльности, так и экологических целей".