Voor de meest nauwkeurige boekhouding van de milieu-impact van een product, wetenschappers kijken naar de hele levenscyclus van het product, van wieg tot graf. Het is een grote berekening die bekend staat als een levenscyclusanalyse (LCA), en de uitstoot van broeikasgassen is een belangrijk onderdeel.

Voor maïs-ethanol, de meeste uitstoot van broeikasgassen kan worden toegewezen aan de productie van de brandstof, vervoer, en verbranding, maar een groot deel van de broeikasgasberekening is terug te voeren op de boerderij. Vanwege privacyoverwegingen, echter, wetenschappers hebben geen toegang tot individuele bedrijfsbeheerbeslissingen, zoals het type meststof en de dosering.

Gegevens over stikstofmeststoffen zijn een belangrijk onderdeel van de berekening, omdat een deel van deze meststoffen in de vorm van lachgas in de atmosfeer terechtkomt, een zeer krachtig broeikasgas. Gegevens over maïsmeststof zijn openbaar beschikbaar op nationaal en staatsniveau, maar wetenschappers beweren dat dit resolutieniveau maskeert wat echt wordt toegepast op boerderijen in het hele land en zou kunnen leiden tot onnauwkeurige LCA's voor maïs-ethanol.

In een nieuwe studie van de Universiteit van Illinois en het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy, onderzoekers ontwikkelden de eerste datasets voor stikstoftoepassing op provinciaal niveau voor maïs, de nauwkeurigheid van broeikasgasberekeningen voor het gewas drastisch verbeteren.

"Het hebben van goede gegevens is erg belangrijk om zowel een gedeelde discussie als een groter vertrouwen in LCA's te bevorderen. We hebben enkele misbruiken gezien van levenscyclusanalyse met behulp van echt ruwe cijfers, het verkleinen van grote gemiddelden die echt veel kunnen variëren. Dus ook al is het provinciaal niveau nog niet zo precies als we zouden willen, het is een grote prestatie om op die schaal te komen, " zegt Michelle Wander, professor in de afdeling Natuurlijke Hulpbronnen en Milieuwetenschappen in Illinois en co-auteur van de studie.

Hoyoung Kwon, belangrijkste milieuwetenschapper in het Systems Assessments Center in Argonne en co-auteur van de studie, zegt dat het protocol en de bevindingen de landbouw- en bio-economiegemeenschap zullen helpen de effecten van stikstofmeststofgegevens met hoge resolutie op op maïs gebaseerde biobrandstof-LCA's beter te begrijpen.

"Distikstofoxide maakt ongeveer de helft uit van de totale broeikasgassen die verband houden met de maïsteelt, " zegt Kwon. "Nu kunnen we de uitstoot van lachgas in verband met de maïsteelt op provinciaal niveau differentiëren, en kunnen laten zien hoeveel deze emissies variëren met de locatie en de landbouwpraktijk."

Yushu Xia, die de analyse leidde en onlangs haar doctoraat bij Wander afrondde, gebruikte twee benaderingen om het gebruik van stikstofmest en mest op provinciaal niveau te bepalen.

De eerste, die Xia de top-downbenadering noemt, leek een beetje op het in elkaar zetten van een puzzel met stukjes van verschillende grootte. Op provinciaal niveau is ze vond gegevens voor stikstofbemesting en mestinvoer, maar de cijfers werden geaggregeerd over alle gewassen, niet specifiek maïs. De dataset op staatsniveau omvatte bemest gebied in maïs, dus het was een kwestie van de provincie met de staat matchen. De staatsdataset omvatte ook stikstofinputs, maar verzamelde ze over verschillende soorten meststoffen. Gegevensvalidatie, of dubbelchecken van staats- en landinformatie, werd daarom een ​​andere puzzel.

"Voor de top-downbenadering we gebruikten gegevens die zijn afgeleid van de verkoop van kunstmest, informatie verzameld door de Association of American Plant Food Control Officials. We gaan er dus van uit dat deze cijfers relatief nauwkeurig zijn; iemand heeft die stikstof daadwerkelijk gekocht. Yushu deed zijn uiterste best, in feite die laag met gewasgegevens gebruiken als een legpuzzel om erachter te komen hoeveel maïs waar is en in welke rotatie in de loop van de tijd. En dan ook voor de mest:Hoeveel dieren zijn er? Waar zijn ze? Wat voor soort dierlijk afval en hoeveel? Het is letterlijk een budgettaire inspanning om te proberen uit te vinden wat redelijk en waar is, ' zegt Wander.

Xia's tweede benadering nam de maïsopbrengst, vruchtwisselingen, en bodemeigenschappen op provinciaal niveau en geschatte stikstofinput op basis van de hoeveelheid stikstof die nodig is om die opbrengst te bereiken. Door de resultaten van de twee benaderingen te vergelijken, bleek dat Xia-boeren meer stikstof toedienen dan nodig is.

"Nationaal, de gewogen gemiddelden van de invoer van maïsstikstof op basis van het beplante areaal met maïs overschreed de stikstofbehoefte met 60 kilogram per hectare, met een stikstofoverschot in 80% van alle Amerikaanse maïsproducerende provincies, "zegt Xia.

Overmatige toepassing was het meest uitgesproken in het Midwesten, gevolgd door de noordelijke vlaktes. Het zuidoosten en noordwesten hadden relatief lage stikstofgiften en overschotten. Westerse staten waren over het algemeen meer variabel.

Xia zegt dat de techniek nuttig kan zijn buiten de schattingen van de stikstofoxide-emissies.

"Onze aanpak kan ook worden gebruikt om de stikstofuitspoeling in te schatten, ammoniak uitstoot, andere uitstoot van broeikasgassen, of de water- en koolstofvoetafdruk. Deze gegevensverbeteringen kunnen echt helpen om betere ecosysteemmodellen en levenscyclusanalyses te creëren en te gebruiken."

Kwon geeft aan dat de nieuwe aanpak mogelijk gebruikt kan worden door beleidsmakers op nationaal niveau.

"Het nationale broeikasgasinventarisatierapport van de EPA maakt momenteel gebruik van stikstofmeststofgegevens op staatsniveau om nationale schattingen te genereren van de stikstofoxide-emissies van kunstmest. Als ze deze gegevens met hoge resolutie op provinciaal niveau toepassen, ze kunnen die cijfers op nationale schaal verfijnen."

De resultaten kunnen boeren ook helpen om beter geïnformeerde managementbeslissingen te nemen.

"De kunstmestprijzen zijn momenteel torenhoog, dus aangezien onze resultaten suggereren dat sommige boeren tot een derde van hun stikstof overmatig toepassen, ze kunnen waarschijnlijk een beetje terughoudend zijn en wat geld besparen, ' zegt Wander.

Het artikel, "Ontwikkelen van gegevens op provinciaal niveau van stikstofmeststoffen en mest voor de maïsproductie in de Verenigde Staten, " is gepubliceerd in de Journal of Cleaner Production .