Диазотният оксид – парниковият газ, за който никой не говори
Диазотният оксид е по-познат като божествен газ, употребен в медицината при упойка, само че увеличението на антропогенните излъчвания на N 2 O в атмосферата не се дължи на зъболекарите, а най-вече на азотните торове, употребявани в селското стопанство. Естествените излъчвания пък са резултат от активността на микроорганизмите в почвите и океаните, както и от топенето на пермафроста в арктически условия. У нас и в международен мащаб обаче се ползват и създават голям брой способи и положителни управнически практики за справяне с N 2 O, които в същото време способстват за плодородието на почвите и адаптиране към последствията от промените в климата.
Диазотният оксид (N 2 O) не се загатва толкоз постоянно в медиите, когато се приказва за парникови излъчвания, само че неговият капацитет да затопля климата е 300 пъти по-голям от този на въглеродния диоксид за интервал от 100 години. Освен това, той е и субстанция, която се задържа в атмосферата до 125 години и когато се разпада, този развой на разпад е виновен за разрушаването на озоновия пласт.
Как и къде се образува N 2 O?
Диазотният оксид постоянно е съществувал в атмосферата. Естественият развой на формиране е обвързван с активността на микроорганизмите в почвата и в океаните. Най-големият натурален източник на диазотен оксид досега са тропическите гори, само че това може да се промени със стоплянето на климата и топенето на пермафроста в Арктика. Големи ресурси от азот (> 67 милиарда тона), налични в пермафроста и насъбрани преди хиляди години, последователно само че несъмнено се освобождават и попадат в атмосферата. Международен екип от учени от Швеция, Дания и Финландия стигат до този извод, откакто организират опити върху 16 торфени мезокосмоса във финландска Лапландия. Мезокосмосът съставлява пробна система навън, която учи заобикалящата среда в следени условия. Всеки един от тези тестови имоти е с повърхност почти 80 на 10 сантиметра, като някои са покрити с растителност, други с лишеи, а трети са голи. Всеки имот бива подлаган на следено размразяване на пермафроста в продължение на 33 седмици, до момента в който екипът взема проби и благодарение на датчици мери количеството освободен диазотен оксид. Изследователите оповестяват, че най-високи излъчвания след отмразяване се образуват от незалесени торфени повърхности, които съставляват типичния релеф във постоянно замръзналите торфища. Тези концентрации на излъчвания са сравними с тези от тропическите горски почви. Наличието на растителност – фактор, който способства за понижаване на N 2 O в тундрата, лимитира фрапантно излъчванията (с ∼90%), само че не предотвратява напълно освобождението на диазотен оксид. Според учените, районите с удобни условия за формиране на излъчвания на N 2 O обгръщат една четвърт от Арктика.
Към момента една трета до половината от N 2 O излъчванията в международен мащаб са резултат от човешка активност. Най-големият извършител са възходящият дял на аграрни площи и увеличението на количеството синтетични торове в селското стопанство през последните десетилетия. Индустриалното земеделие и в частност засаждането на интензивни едногодишни култури като зеленчуци и зърнени култури са един от факторите за това, защото фермерите са склонни да предозират с азотни торове, в устрема си да усилят добивите си. По създание както синтетичните, по този начин и органичните торове усилват количеството азот, налично за микробите в почвата, които посредством своята активност го трансформират в парниковия газ диазотен диоксид.
В почвата излъчвания на N 2 O се създават най-вече посредством два микробиално медиирани процеса, а точно – нитрификация и денитрификация.
1. Нитрификацията е аеробно окисляване на амоняк до нитрат (NO 3 – ) през нитрит (NO 2 – ). N 2 O е промеждутъчен артикул.
2. Денитрификацията е анаеробна (безкислородна) редукция на нитрат (NO 3 – ) или нитрит (NO 2 – ) до атмосферния газ азот (N 2 ). Денитрификацията се смята за главен развой за загубата на азот от (агро)екосистемите посредством освобождение и произвеждане на N 2 O и N 2 в друго съответствие.
Един от факторите, които дефинират дали в почвата ще доминира нитрификация или денитрификация, както и количеството на излъчвания на диазотен оксид (N 2 O), е дали почвата е наситена с вода. При доста огромна мокрота и понижена наличност на О2, преобладаващият развой за формиране на N 2 O e денитрификацията.
Решения за понижаване на излъчванията в селското стопанство
Експертите са на мнение, че ключът към намаляването на излъчванията на диазотния оксид в селското стопанство е по-ефективното потребление на минерални торове. Това значи фермерите да приложат подобаващото за техните култури и почви количество и да го създадат в точното време. Това е по-голямо предизвикателство, в сравнение с наподобява на пръв взор, тъй като актуалното земеделие разчита извънредно на свръхпроизводството и най-простият метод да се подсигурява висок рандеман е потреблението на повече минерални торове, в сравнение с е належащо.
Един от методите за понижаване на N 2 O е по-бавното обособяване на азот, тъй че някои фермери са съкратили излъчванията си, като са трансформирали напоителните си техники. В Калифорния да вземем за пример проучванията демонстрират, че излъчванията на N 2 O са спаднали, когато фермерите са минали към по-ефективни способи за микронапояване, като капково и подпочвено напояване, които разрешават по-бавно дозиране на вода и минерални торове.
С използване на по-стари техники за напояване като наводнение на браздите, почвата се „ накисва “ във вода, а наситените с вода почвени условия постоянно са свързани с по-високи излъчвания на N2O. Тъй като множеството хранителни субстанции не могат да бъдат усвоени незабавно от растенията, остатъкът се поема от микробите и се трансформира в диазотен оксид.
Друг метод да се понижат излъчванията на N 2 O в стандартното земеделие са нитрификационните инхибитори (NI). Те са химични съединения, които са в положение да забавят поетапно микробиалното окисление на амоняка през нитрит до нитрат в почвата. Например, дициандиамид (DCD) забавя този развой в продължение на няколко седмици и затова понижава риска от замърсяване на подпочвената и питейната вода посредством излужване (измиване) на неусвоени нитрати и формиране на огромни количества диазотен оксид. Нитрификационните инхибитори постоянно се употребяват в селскостопанската и градинарската процедура в райони, характеризиращи се с песъчливи почви, с цел да могат растенията да усвоят азотните торове по-добре и с цел да се управлява честотата на торенето. В последните години на пазара все по-често се среща инхибиторът 3,4-диметилпиразол фосфат (DMPP). DMPP се употребява в композиция с минерални амониево-нитратни торове и забавя нитрификацията за интервал от към четири до 10 седмици според от климатичните условия и характерности на терена.
Прилагането на минерални торове, обогатени с нитрификационни инхибитори, несъмнено, не способства по никакъв метод за възстановяване на почвеното изобилие в дълготраен аспект. За да се работи в тази посока и да се понижи потребността от синтетични торове фермерите могат да приложат някои от следните способи:
- Компостиране;
- Използване на покривни култури (мулчиране);
- Консервационна обработка на почвата.
Какви тактики могат да се ползват за понижаване на излъчванията на N 2 O в България?
Добри практики за ръководство на питателните субстанции в почвата
Както в световен проект, по този начин и по нашите географски ширини, внасянето на минерални торове би трябвало да дава отговор на потребностите на плануваната просвета. При пресмятане на нормата на наторяване се регистрират индикатори като почвен тип и минерален състав, просвета, която е предшествала настоящата, съответствие сред N/P/K (азот/фосфор/ калий). През идващите години в България се планува въвеждането на профилиран програмен продукт – Farm Sustainability Tool for Nutrients (FaST), с чиято помощ могат да се калкулират нужните торови правила и потребността от хранителни субстанции. Добрите управнически практики на хранителни субстанции и наторяване ще доведат до екологични изгоди като: понижаване на излъчванията на парникови газове, ограничение замърсяването на подземните води, реките и антропогенната еутрофикация като резултат от неусвоени нитрати и фосфати. Минусите на този механизъм са, че дребните по мярка аграрни стопанства не са готови да ползват сходен цифровизиран инструмент за ръководство.
Торене с променлива норма
В едно стопанство торенето може да бъде с единна норма за целия имот (фиксирано) или съгласно самостоятелните потребности на растенията в другите зони (променливо). За използване на изменчиво наторяване, което взема поради условията на растенията, е належащо да се извърши почвен разбор на площите и въз основа на резултата се образува проект за наторяване. Плюсовете на този способ са ефикасното потребление на ресурсите и запазване на околната среда, съчетани с евентуално увеличение на добивите. Един от минусите е нуждата от техническо съоръжение, както и взимане на почвени проби и правене на акуратен проект за наторяване, което още веднъж може да се окаже непостижимо за по-малките стопанства.
Торене с „ живи торове “ или микробиални торове
Микробиалните торове са субстанции, които съдържат живи микроорганизми като бактерии от рода Rhizobium, Azotobacter, Azospirilium , цианобактерии (синьо-зелени водорасли) или водна папрат от рода Azolla . Те усъвършенстват запаса на хранителни субстанции в почвата посредством естествените процеси на азотно фиксиране и по този метод заместват химичния азот. Тяхното деяние е дълготрайно, което води до по-дълготрайно възстановяване на плодородието на почвата. Един от минусите на този способ е, че микробиалните торове нямат един и същи резултат в другите агро-климатични условия, а и от време на време в едни и същи такива, което значи, че е нужно още време за усъвършенстването им. До този миг оптимален резултат се реализира в по-сухи климатични условия, каквито е евентуално да се следят и у нас. Сценариите за климатичното изменение за България демонстрират по-дълги засушавания. В тази връзка потреблението на този способ ще бъде един от методите за справяне с последствията от променените агро-климатични условия и деградацията на почвите.
Все още живите торове обаче не са задоволително публикувани и в тази връзка са нужни образования в стопанствата и повече лабораторни и полеви опити.
Други практики – добавяне на биовъглен
Биовъгленът е богат на въглерод артикул, получен при термичната декомпозиция на органически материал (черупки от ядки, хранителни и горски боклуци, стърготини и други) при съществуване на дребни количества О2 (газификация) или напълно липса на O 2 (пиролиза). Понастоящем огромни количества боклуци биомаса от селското и горското стопанство или от общините се изгарят или се оставят да се разлагат в депа и да освобождават CO 2 и CH 4 обратно в атмосферата. Интересът към биовъглена като подобрител на почвата нараства доста през последните години заради капацитета му за намаляване на последствията от изменението на климата. Поради своята непоклатимост в околната среда, той се предлага като дълготраен способ за хващане на въглерод. Освен това многочислени експертни изследвания потвърждават, че използването му в почвата може да усъвършенства физическите, химичните и биологични ѝ свойства, което от своя страна води до понижени излъчвания на парникови газове, измежду които и N 2 O.
В умозаключение можем да създадем извода, че би трябвало да се стремим към по-цялостна оценка на селскостопанските системи, като се преглеждат екологични, стопански и обществени аспекти на устойчивостта. Малко евентуално е една тактика да работи във всички райони и за всички растителни култури, само че рационалното и синхронизирано наторяване и напояване, съобразено с потребностите на реколтата, се чака да понижи излъчванията в другите агро-климатичните зони.
Автор: Радина Калдамукова / Климатека
Радина Калдамукова е магистър по геоекология от университета в град Тюбинген, Германия. Участник в програмата за специалисти в региона на климатичните промени „ Pioneers into practice “, проведена от най-голямото публично-частно партньорство в Европа в областта на климата – Climate-KIC. Има ползи в региона на агроекологията и нововъведенията в земеделието, аквапониката, устойчивото потребление на естествените запаси, почвознанието, палеоклиматологията и запазването на видовото многообразие. Ентусиаст-градинар и последовател на биоземеделието.
В обявата са употребявани материали от:
- МИНИСТЕРСТВО НА ЗЕМЕДЕЛИЕТО, ХРАНИТЕ И ГОРИТЕ СПИСЪК на земеделските практики от изгода за климата и околната среда: https://www.mzh.government.bg/media/filer_public/2020/07/15/narchnik_na_dobrite_zemedelski_praktiki_-_predlozheniia_i_stanovishcha_do_10_avgust_2020__dTZGF46.pdf
- Bange, Hermann W., et al. (2019) A Harmonized Nitrous Oxide (N2O) Ocean Observation Network for the 21st Century. Frontiers in Marine Science 6. Frontiers, doi:10.3389/fmars.2019.00157. Online available at: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2019.00157/full
- Hagemann, N., Harter, J., Kaldamukova, R., Guzman-Bustamante, I., Ruser, R., Graeff, S., Kappler, A., & Behrens, S. (2016). Does soil aging affect the N2O mitigation potential of biochar? A combined microcosm and field study. GCB Bioenergy, 9. Online available here
- Kleineidam, K., et al. (2011). Influence of the nitrification inhibitor 3,4-dimethylpyrazole phosphate (dmpp) on ammonia-oxidizing bacteria and archaea in rhizosphere and bulk soil, Chemosphere 84, no. 1, 182–186.
- Prijambada, I., Retnaningrum, E., Moeljopawiro, S., & Daryono, B. (2014). Effect of Biofertilizer Addition on Nitrous Oxide Emission. Journal of Basic & Applied Sciences, 10, 44-52.
- Verhoeven E., Pereira E., Decock C., Garland G., Kennedy T., Suddick E., Horwath W., Six J. 2017. N 2 O emissions from California farmlands: A review. Calif Agr 71(3):148-159. Online available at: http://calag.ucanr.edu/archive/?article=ca.2017a0026
- Voigt, C. et al. (2017). Increased nitrous oxide emissions from arctic peatlands after permafrost thaw, Proceedings of the National Academy of Sciences 114, 24, 6238–6243. Online available at: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1702902114
