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Il protossido di azoto può essere molto meno abbondante nell'atmosfera rispetto al biossido di carbonio, ma come gas serra è un disastro. Con una potenza 300 volte maggiore di CO2 , il potenziale di riscaldamento del protossido di azoto, soprattutto attraverso l'agricoltura, richiede attenzione.
I ricercatori dell'Università dell'Illinois e dell'Università del Minnesota stanno rispondendo all'appello. In un nuovo studio, documentano un lasso di tempo trascurato ma cruciale per il protossido di azoto (N2 O) emissioni nei sistemi agricoli del Midwest degli Stati Uniti:la stagione non vegetativa.
"Le emissioni di protossido di azoto dai suoli agricoli sono state studiate principalmente durante la stagione di crescita. Ricerche precedenti mostrano la stagione non vegetativa N2 Le emissioni di O possono contribuire fino al 70-90% delle emissioni annuali in alcuni anni, ma non è chiaro quanto sia accurato tale intervallo per il Midwest o quali processi e pratiche di gestione contribuiscono a tali emissioni in autunno e in inverno", afferma Yufeng Yang, autore principale dello studio e dottorando presso la U of M.
Yang e i suoi coautori hanno utilizzato un modello di simulazione al computer noto come ecosys per determinare gli hotspot e i "momenti caldi" per N2 O emissioni nel Midwest. In particolare, hanno preso in giro i fattori climatici e ambientali che contribuiscono a N2 Emissioni di O su base provinciale durante le stagioni di non crescita tra il 2001 e il 2020. Hanno anche esaminato gli effetti dei tempi di applicazione dei fertilizzanti e degli inibitori della nitrificazione.
"Questo studio di convalida dimostra che il modello ecosys può simulare realisticamente N2 O emissioni da suoli agricoli nella stagione non vegetativa. Significa che ora abbiamo un modo solido per quantificare i contributi delle variabili ambientali e dei tempi di applicazione dell'azoto a questo importante gas serra", afferma il coautore dello studio Kaiyu Guan, professore associato presso il Dipartimento di risorse naturali e scienze ambientali e direttore fondatore del Centro di Sostenibilità Agroecosistemica presso U di I.
In primo luogo, i ricercatori hanno scoperto che la stagione di non crescita nel Midwest rappresentava un'ampia gamma di N2 annuali Emissioni di O:dal 6 al 60%. La variazione potrebbe essere ricondotta a differenze a livello di contea, con livelli di emissione divergenti per le contee agli estremi sud-orientali e nord-occidentali della regione.
Per il contesto, suolo N2 Le emissioni di O sono il risultato di processi microbici che convertono l'azoto da una forma all'altra. Le condizioni ambientali, come la quantità di umidità e ossigeno nel suolo, la temperatura del suolo o la quantità di manto nevoso sulla superficie del suolo, influenzano la quantità e la velocità con cui i microbi possono metabolizzare l'azoto, nonché la capacità dei prodotti azotati gassosi di essere rilasciato nell'atmosfera.
Il modello ecosys ha rilevato questi fattori ambientali in tutta la regione, evidenziando maggiori emissioni nelle contee con oltre 12 pollici di precipitazioni stagionali non crescenti. Ma i ricercatori hanno cercato ancora più dettagli per spiegare il modello.
"Il congelamento più intenso causato dalla diminuzione della temperatura dell'aria è stato il fattore dominante che ha portato a un aumento della stagione non vegetativa N2 Emissioni di O nel Midwest sudorientale. Nel nord-ovest, l'aumento delle precipitazioni e l'aumento della temperatura dell'aria durante i cicli di disgelo sono stati i fattori chiave che hanno migliorato la stagione non vegetativa N2 O produzione", dice Yang.
Tuttavia, le prospettive a lungo termine per queste differenze regionali potrebbero cambiare in un clima che cambia. Yang ha simulato scenari climatici futuri e ha riscontrato meno gelo e scongelamento, potenzialmente in grado di smorzare i picchi che si verificano attualmente in queste condizioni.
Il team ha anche scoperto che gli effetti dei tempi di applicazione dei fertilizzanti azotati variavano anche a seconda della contea. In generale, le emissioni erano maggiori durante l'applicazione autunnale rispetto a quella primaverile.
"I risultati suggeriscono che lo spostamento dell'applicazione autunnale a quella primaverile e l'applicazione di inibitori della nitrificazione in entrambi i momenti può ridurre notevolmente l'N2 annuale O emissioni su scala regionale e può anche ridurre la lisciviazione di azoto", afferma il coautore dello studio Ziyi Li, ricercatore di dottorato che studia con Guan presso la U of I.
Ma quell'effetto non era universale. I campi nella parte occidentale dell'area di studio hanno registrato minori emissioni con l'applicazione autunnale.
"Gli scienziati suggeriscono sempre di passare all'applicazione di fertilizzanti primaverili, ma non è una storia in bianco e nero. Il nostro modello consente agli agricoltori di ricevere raccomandazioni mirate specifiche per i loro campi", afferma Zhenong Jin, autore corrispondente, capo progetto e assistente professore presso l'Agricoltura digitale Gruppo a U di M.
I ricercatori affermano che il modello potrebbe essere utilizzato per valutare gli effetti di strategie di gestione aggiuntive, come il cover cropping e il no-till, su N2 O emissioni.
"La conclusione è che ora disponiamo di un metodo estremamente accurato per stimare N2 Emissioni di O a scala di contea nella Corn Belt. Abbiamo sottovalutato la stagione non vegetativa, ma risulta essere una porzione piuttosto significativa dell'annuale N2 O emissioni", dice Jin.
Lo studio è pubblicato su Meteorologia agricola e forestale . + Esplora ulteriormente
