Lachgas is misschien veel minder overvloedig in de atmosfeer dan koolstofdioxide, maar als broeikasgas is het een doozy. Met een potentie die 300 keer groter is dan CO₂ , vraagt ​​het opwarmingspotentieel van lachgas, vooral via de landbouw, aandacht.

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois en de Universiteit van Minnesota beantwoorden de oproep. In een nieuwe studie documenteren ze een over het hoofd gezien maar cruciaal tijdschema voor lachgas (N₂ O) emissies in landbouwsystemen in het Middenwesten van de VS:het niet-groeiseizoen.

"De stikstofoxide-emissies van landbouwbodems zijn voornamelijk bestudeerd tijdens het groeiseizoen. Eerder onderzoek toont niet-groeiseizoen N₂ O-emissies kunnen in sommige jaren tot 70-90% van de jaarlijkse emissies bijdragen, maar het is niet duidelijk hoe nauwkeurig dat bereik is voor het Midwesten of welke processen en managementpraktijken bijdragen aan die emissies in de herfst en winter", zegt Yufeng Yang, de hoofdauteur van de studie en promovendus aan de U of M.

Yang en zijn co-auteurs gebruikten een computersimulatiemodel dat bekend staat als ecosys om de hotspots en "hot momenten" voor N₂ te bepalen O-emissies in het Midwesten. In het bijzonder plaagden ze de klimaat- en omgevingsfactoren die bijdragen aan N₂ O-emissies per provincie tijdens niet-groeiseizoenen tussen 2001 en 2020. Ze keken ook naar de effecten van timing van bemesting en nitrificatieremmers.

"Deze validatiestudie toont aan dat het ecosys-model N₂ . realistisch kan simuleren O-emissies uit landbouwbodems in het niet-groeiseizoen. Het betekent dat we nu een robuuste manier hebben om de bijdragen van omgevingsvariabelen en de timing van stikstoftoediening aan dit belangrijke broeikasgas te kwantificeren", zegt co-auteur Kaiyu Guan, universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurlijke Hulpbronnen en Milieuwetenschappen en stichtend directeur van de Agroecosystem Sustainability Center bij U of I.

Ten eerste ontdekten de onderzoekers dat het niet-groeiseizoen in het Midwesten verantwoordelijk was voor een breed scala aan jaarlijkse N₂ O-emissies:6 tot 60%. De variatie kan worden herleid tot verschillen op provinciaal niveau, waarbij de emissieniveaus uiteenlopen voor provincies in de zuidoostelijke en noordwestelijke uitersten van de regio.

Voor context, bodem N₂ O-emissies zijn het resultaat van microbiële processen die stikstof van de ene vorm in de andere omzetten. Omgevingsomstandigheden, zoals de hoeveelheid vocht en zuurstof in de bodem, de bodemtemperatuur of de hoeveelheid sneeuw op het bodemoppervlak, beïnvloeden hoeveel en hoe snel microben stikstof kunnen metaboliseren, evenals het vermogen van gasvormige stikstofproducten om vrijgelaten in de atmosfeer.

Het ecosys-model detecteerde deze milieufactoren in de hele regio, wat wijst op grotere emissies in provincies met meer dan 30 cm neerslag buiten het groeiseizoen. Maar de onderzoekers zochten naar nog meer details om het patroon te verklaren.

"Intensievere bevriezing veroorzaakt door een lagere luchttemperatuur was de dominante factor die leidde tot een verhoogd niet-groeiseizoen N₂ O-emissies in het zuidoosten van het Midwesten. In het noordwesten waren meer neerslag en verhoogde luchttemperatuur tijdens ontdooicycli de belangrijkste drijfveren voor het verbeteren van het niet-groeiseizoen N₂ O productie', zegt Yang.

De langetermijnvooruitzichten voor deze regionale verschillen kunnen echter verschuiven onder een veranderend klimaat. Yang simuleerde toekomstige klimaatscenario's en vond minder bevriezing en dooi, wat mogelijk de pieken dempt die momenteel optreden onder deze omstandigheden.

Het team ontdekte ook dat de effecten van de timing van de toediening van stikstofmeststoffen ook per provincie verschilden. Over het algemeen waren de emissies groter bij toepassing in de herfst dan bij toepassing in de lente.

"De resultaten suggereren dat het verschuiven van de herfsttoepassing naar de lentetoepassing en het toepassen van nitrificatieremmers op elk tijdstip de jaarlijkse N₂ aanzienlijk kan verminderen. O-emissies op regionale schaal, en kan ook de stikstofuitspoeling verminderen", zegt co-auteur Ziyi Li, doctoraalonderzoeker die onder Guan studeert aan U of I.

Maar dat effect was niet universeel. Velden in het westen van het studiegebied zagen minder uitstoot bij herfsttoepassing.

"Wetenschappers raden altijd aan om over te schakelen op het toedienen van mest in de lente, maar het is geen zwart-witverhaal. Ons model stelt boeren in staat om gerichte aanbevelingen te krijgen die specifiek zijn voor hun velden", zegt Zhenong Jin, corresponderend auteur, projectleider en assistent-professor in de Digital Agriculture Groep bij U of M.

De onderzoekers zeggen dat het model kan worden gebruikt om de effecten te evalueren van aanvullende beheerstrategieën, zoals cover cropping en no-till, op N₂ O-emissies.

"Het komt erop neer dat we nu een zeer nauwkeurige methode hebben om N₂ . te schatten O-emissies op provinciale schaal in de Corn Belt. We hebben het niet-groeiseizoen onderschat, maar het blijkt een behoorlijk groot deel van de jaarlijkse N₂ te zijn O-emissies", zegt Jin.

De studie is gepubliceerd in Agricultural and Forest Meteorology . + Verder verkennen

Hoeveel lentestikstof toe te passen? Het weer vóór het planten kan een aanwijzing zijn