Обычно повышение производительности сельского хозяйства зависит от добавления чего-либо, например, удобрений или воды. Новое исследование, проведенное под руководством Стэнфордского университета, показывает, что устранение одной конкретной вещи — обычного загрязнителя воздуха — может привести к резкому увеличению урожайности. Анализ, опубликованный в журнале Science Advances, использует спутниковые снимки, чтобы впервые показать, как оксиды азота — газы, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей и промышленных выбросах — влияют на урожайность сельскохозяйственных культур. Его выводы имеют важные последствия для увеличения сельскохозяйственного производства и анализа затрат и выгод смягчения последствий изменения климата во всем мире.
«Окиси азота невидимы для человека, но новые спутники смогли нанести их на карту с невероятно высокой точностью. Поскольку мы также можем измерять урожайность из космоса, это дало возможность быстро улучшить наши знания о том, как эти газы влияют на сельское хозяйство в разных регионах», — сказал ведущий автор исследования Дэвид Лобелл.
NOx-опасная проблема
Оксиды азота, или NOx, являются одними из наиболее широко выбрасываемых загрязняющих веществ в мире. Эти газы могут непосредственно повреждать клетки сельскохозяйственных культур и косвенно воздействовать на них, поскольку они являются предшественниками образования озона, переносимого по воздуху токсина, который, как известно, снижает урожайность сельскохозяйственных культур, а также аэрозолей твердых частиц, которые могут поглощать и рассеивать солнечный свет от сельскохозяйственных культур.
В то время как ученые уже давно имеют общее представление о потенциальном ущербе от оксидов азота, мало что известно об их фактическом воздействии на продуктивность сельского хозяйства. Прошлые исследования были ограничены отсутствием дублирования между станциями мониторинга воздуха и сельскохозяйственными угодьями, а также смешанным воздействием различных загрязнителей, среди других проблем, связанных с наземным анализом.
Чтобы избежать этих ограничений, Лобелл и его коллеги объединили спутниковые измерения зелени сельскохозяйственных культур и уровней диоксида азота за 2018–2020 годы. Диоксид азота является основной формой NOx и хорошим показателем общего содержания NOx. Хотя NOx невидим для человека, диоксид азота имеет отчетливое взаимодействие с ультрафиолетовым светом, что позволяет проводить спутниковые измерения газа с гораздо более высоким пространственным и временным разрешением, чем для любого другого загрязнителя воздуха.
«Помимо того, что его легче измерить, чем другие загрязнители, диоксид азота обладает тем преимуществом, что он является основным загрязнителем, то есть он непосредственно выбрасывается, а не образуется в атмосфере», — сказала соавтор исследования Дженнифер Берни. «Это означает, что связать выбросы с воздействием гораздо проще, чем с другими загрязнителями».
Расчет воздействия на урожай
Основываясь на своих наблюдениях, исследователи подсчитали, что сокращение выбросов NOx примерно наполовину в каждом регионе повысит урожайность озимых культур примерно на 25% и яровых культур примерно на 15% в Китае, почти на 10% как озимых, так и яровых культур в Западной Европе. и примерно 8% для летних культур и 6% для озимых культур в Индии. Северная и Южная Америка, как правило, имели самые низкие уровни воздействия NOx. В целом последствия оказались наиболее негативными в сезоны и в тех местах, где NOx, вероятно, способствует образованию озона.
«Действия, которые вы предпримете для сокращения выбросов NOx, такие как электрификация транспортных средств, тесно связаны с типами преобразования энергии, необходимыми для замедления изменения климата и улучшения качества местного воздуха для здоровья человека», — сказал Берни. «Основной вывод из этого исследования заключается в том, что сельскохозяйственные выгоды от этих действий могут быть действительно значительными, достаточными, чтобы облегчить задачу прокормить растущее население».
Предыдущее исследование, проведенное Лобеллом и Берни, показало, что сокращение выбросов озона, твердых частиц, двуокиси азота и двуокиси серы в период с 1999 по 2019 год способствовало примерно 20% прироста урожайности кукурузы и сои в США за этот период — на сумму около 5 миллиардов долларов в год. год.
По словам исследователей, будущий анализ может включать другие спутниковые наблюдения, в том числе фотосинтетическую активность, измеренную с помощью солнечной флуоресценции, чтобы лучше понять влияние диоксида азота на различную степень чувствительности сельскохозяйственных культур к газу в течение вегетационного периода. Точно так же более подробное изучение других загрязняющих веществ, таких как диоксид серы и аммиак, а также метеорологических переменных, таких как засуха и жара, может помочь объяснить, почему диоксид азота по-разному влияет на сельскохозяйственные культуры в разных регионах, годах и сезонах.
«Удивительно, сколько разных вещей теперь можно измерить со спутников, большая часть которых поступает с новых европейских спутников», — сказала соавтор исследования Стефания Ди. «Поскольку данные продолжают улучшаться, это действительно побуждает нас, как ученых, быть более амбициозными и творческими в вопросах, которые мы задаем».
