Декарбонизация сельского хозяйства имеет решающее значение для достижения в США нулевого уровня выбросов к 2050 году. Новый подход, основанный на данных, рассматривает методы, полезные для земли и выгодные для фермеров.
Мир полагается на то, что американские фермеры сделают гораздо больше, чем просто накроют столы. Помимо производства продуктов питания для людей и животных, американские фермеры производят сырье для производства биотоплива.
При этом на долю сельскохозяйственной отрасли приходится около 10% выбросов парниковых газов (ПГ) в США. Поскольку количество земель, предназначенных для сельского хозяйства, ограничено, фермерам необходимо найти больше способов работать эффективно, устойчиво и прибыльно, а также сокращать выбросы парниковых газов. Благодаря новым методам фермеры могут превратить фермы в чистых поглотителей CO 2 , помогая США достичь своей цели по достижению нулевого уровня выбросов к 2050 году.
Устойчивая интенсификация — это двойной подход, который, по мнению многих, может помочь. Он пытается оптимизировать методы землепользования и управления для максимальной производительности сельскохозяйственных угодий, в то же время пытаясь свести к минимуму связанное с этим воздействие на окружающую среду. Хитрость заключается в том, чтобы найти правильный баланс между 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 «Многопродуктовый подход к оценке жизненного цикла ландшафта для оценки местного потенциала смягчения последствий изменения климата» в выпуске журнала «Чистое производство » от 20 июня .
«Концепция устойчивой интенсификации земледелия была применена в более широком ландшафтном применении», — сказал один из соавторов статьи, Хоён Квон, главный ученый-эколог в Аргоннском отделе анализа энергетических систем и инфраструктуры (ESIA). «Мы рассмотрели продуктивность и выбросы парниковых газов, попытались оптимизировать тактику и продукты управления земельными ресурсами и исследовали различные компромиссы, которые улучшают землю и продуктивность земли».
Например, фермеры могут очистить и перепрофилировать остатки урожая кукурузы (или «солому») для производства биотоплива, но часть соломы может остаться в почве в качестве ценных питательных веществ и источников углерода для будущих культур. Фермеры могут сажать покровные культуры в зимний (или «паровый») сезон в дополнение к удаленной соломе. Авторы приняли во внимание энергию, которая имеет стоимость выбросов при посадке покровных культур, чтобы в целом учесть чистые выгоды от удаления соломы и посадки покровных культур. Фермеры также могут уменьшить площадь земли, которую они обрабатывают после окончания вегетационного периода, что уменьшит загнивание и уменьшит количество CO 2 , выделяемого из почвы. Тем не менее, 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 делать это для получения реальной выгоды.
«Наш подход дает целостную перспективу и рассматривает точку зрения фермера: какие продукты можно производить на земле и каковы преимущества устойчивого развития?» сказал соавтор Трой Хокинс, руководитель группы топлива и продуктов в Аргоннском подразделении ESIA. «Сельское хозяйство может быть рискованным занятием с низкой маржой. Прибыльность всегда будет в центре внимания. Однако устойчивость имеет ценность, которая может быть непризнанной. Как мы можем объединить все это с изменениями в методах управления земельными ресурсами, чтобы сделать сельское хозяйство более устойчивым и улучшить расходы фермеров?»
Ученые рассмотрели компромиссы и синергию между устойчивой интенсификации и мерами по сохранению углерода в реальном сценарии. Они использовали две модели — DayCent и парниковые газы, регулируемые выбросы и использование энергии в технологиях (GREET) LCA — 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 этанола из кукурузы и последствий сбора пожнивных остатков.
Они использовали GREET для учета выбросов, связанных с сельскохозяйственными работами и использованием собранного зерна кукурузы, соевых бобов и кукурузной соломы в качестве сырья для производства биотоплива. GREET широко используется в различных отраслях промышленности для оценки потребления энергии, выбросов парниковых газов, выбросов загрязнителей воздуха и потребления воды, связанных с цепочками поставок биотоплива и другими транспортными и энергетическими технологиями. Соавтор Майкл Ванг, исполняющий обязанности директора Аргоннского подразделения энергетических систем и инфраструктуры, является основным архитектором GREET.
Согласно исследованию, сбор 30% кукурузной соломы для производства биотоплива увеличит доходы фермы, удвоит чистую прибыль и увеличит общее производство биотоплива из ландшафта на 17–20%. Удаление соломы также несколько уменьшило бы выбросы парниковых газов, но уменьшило исходное количество полезного углерода в почве на 40%. Для сравнения, комплексные подходы, включающие посев озимых покровов и/или снижение интенсивности обработки почвы, могут увеличить содержание углерода в почве, повысить прибыльность фермерских хозяйств и уменьшить выбросы парниковых газов.
«Мы сосредоточились на кукурузе и сое, но наш подход можно распространить и на другие культуры», — сказал Хокинс. «Сегодня многие фермы являются крупными промышленными фермами, которые используют высокие технологии и в гораздо большей степени полагаются на данные с высоким разрешением. Мы хотим дать фермерам, специалистам по региональному планированию и другим лицам, занимающимся управлением сельским хозяйством, инструмент для расчета того, как устойчиво использовать землю и получать максимальную отдачу. из земли. Это будет способствовать достижению как прибыльности, так и экологических целей».
Теги: экология
