Эффективное использование азотных удобрений снизит выбросы от растениеводства на 60 процентов
Согласно расчетам американских экологов, суммарные выбросы парниковых газов при возделывании зерновых культур сократятся на 71 процент за 15 лет, если провести модернизацию отрасли, причем снижение на 60 процентов будет обеспечиваться эффективным использованием азотных удобрений. Среди прочих мер ученые указали генную инженерию, введение севооборотов, оснащение хозяйств роботизированной техникой и отказ от сжигаемого топлива в пользу электроэнергии. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Борьба с антропогенным изменением климата подразумевает снижение выбросов парниковых газов во всех секторах экономики. Лучшим потенциалом для этого обладает растениеводство, ведь основа производительности в выращивании сельскохозяйственных культур — это фиксация атмосферного углерода с помощью фотосинтеза. В теории этот сектор экономики может достичь даже отрицательных выбросов углекислого газа, но нынешнее возделывание пропашных культур в России, США и Евросоюзе, напротив, является источником пяти процентов антропогенных выбросов парниковых газов. Восстановительное сельское хозяйство (то есть хозяйство с отрицательными выбросами) в настоящее время развивается медленно, потому что требует изменения цепочек поставок и значительных вложений, а стимул инвестировать в долгосрочные цели на арендованных землях очень низкий.
Ученые под руководством Дэниэла Нортрупа (Daniel L. Northrup) из Мичиганского университета предложили программу модернизации растениеводства, выполнение которой должно существенно приблизить отрасль к достижению нулевых или даже отрицательных выбросов. Свои предварительные расчеты они приводили на примере кукурузы, которая в США является основной зерновой культурой.
Авторы исследования предложили три этапа для модернизации зернового производства: оптимизацию, замену и редизайн. Первый этап будет посвящен более эффективному использованию азотных удобрений. Уже сейчас существуют технологии геопространственного мониторинга корневого пространства и оптимальные химические формулы азотсодержащих соединений (например, нитрапирин), которые позволят сократить использование таких удобрений на 36 процентов, снизив при этом общие выбросы парниковых газов (преимущественно за счет закиси азота) на 23 процента.
Второй этап также опирается на уже существующие технологии и предполагает активное внедрение существующих наработок в области генной инженерии. Это позволит сосредоточить усилия на выращивании только тех культур, которые способны наиболее эффективно извлекать азот из почвы. Если к такой селекции добавить использование микробиологического азота (то есть замена части вносимых удобрений севооборотами), то получится снизить суммарные выбросы парниковых газов еще на 41 процент. По сути, оба этих этапа опираются лишь на эффективное использование азота в растениеводстве, и внедрение только этой меры позволит снизить суммарные выбросы на 60 процентов по сравнению с текущими.
Третий этап предполагает масштабную перестройку ведения хозяйства: оснащение хозяйств специализированной робототехникой для мониторинга состояния растительности, азотного и углеродного состояний почвы, а также полный отказ от использования сжигаемого топлива в пользу электроэнергии из возобновляемых источников. Часть посевов авторы предлагают размещать под солнечными панелями, создавая агроэлектрические системы на участках с пониженным почвенным плодородием. Это позволит уменьшить выбросы парниковых газов еще на семь процентов. В целом внедрение всех трех этапов модернизации, предложенных экологами, приведет к суммарному снижению эмиссии парниковых газов от производства зерна на 71 процент за 15 лет. Авторы отметили, что воплощение разработанного ими концепта потребует значительных субсидий государства как в альтернативную энергетику, так и в электрическую агротехнику для частных хозяйств.
В модернизации нуждается не только производства зерна, но зачастую и система ирригации. Американские ученые установили, что создание водохранилищ и усовершенствование неэффективного орошения позволит вырастить еду дополнительно для еще более чем 800 миллионов человек по всему миру.
Марина Попова
Оно вызвало до полумиллиона избыточных смертей
Китайские ученые проанализировали данные за 19 лет в 116 странах и выяснили, что загрязнение воздуха твердыми частицами размером 2,5 микрометра (PM2,5) статистически значимо связано с устойчивостью патогенов к антибактериальным препаратам. Как сообщается в журнале The Lancet Planetary Health, со временем эта корреляция усиливалась и связана с почти полумиллионом избыточных смертей. Устойчивость к антибиотикам считается серьезной проблемой глобального здравоохранения. В 2019 году из-за нее произошло приблизительно 1,27 миллиона преждевременных смертей во всем мире. И, хотя нерациональное использование антибиотиков выступает основной причиной устойчивости, существуют свидетельства, что воздух является ключевым «переносчиком» устойчивости к антибиотикам. Так, было показано, что PM2,5 — основной загрязнитель воздуха — содержит различные устойчивые к антибиотикам бактерии и гены устойчивости к антибиотикам, которые переносятся между средами и непосредственно вдыхаются человеком, вызывая повреждение дыхательных путей и инфекцию. Кроме того, частицы PM2,5 могут увеличивать проницаемость клеточных мембран, что повышает эффективность горизонтального переноса генов, ускоряя эволюцию и обмен элементами устойчивости к антибиотикам у бактериальных патогенов. Однако глобальных количественных оценок такого воздействия нет. Гу Баоцзин (Baojing Gu) и Хун Чэнь(Hong Chen) с коллегами из Чжэцзянского университета проанализировали данные о загрязнении воздуха и устойчивости к антибиотикам за период с 2000 по 2018 год из 116 стран. Окончательный набор данных включал более 11,5 миллиона изолятов, среди которых были данные о резистентности к антибиотикам девяти патогенов (Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, синегнойная палочка, золотистый стафилококк, Streptococcus pneumoniae, кишечная палочка, Enterobacter aerogenes, Enterococcus faecalis и Enterococcus faecium) и 43 антибиотика. Ученые обнаружили значимые постоянные корреляции между PM2,5 и устойчивостью к антибиотикам во всем мире у большинства устойчивых к антибиотикам бактерий (R2 = 0,42-0,76, p < 0,0001), и со временем корреляции усиливались. Высокие уровни устойчивости к антибиотикам были обнаружены в Северной Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Азии, в то время как в Европе и Северной Америке уровни устойчивости к антибиотикам были низкими. Взвешенный линейный регрессионный анализ подтвердил статистическую силу корреляции. Среднее увеличение концентрации PM2,5 на один микрограмм на кубический метр воздуха связано с увеличением резистентности к антибиотикам на 0,48 процента. Загрязнение воздуха оказалось одним из основных факторов устойчивости к антибиотикам, на его долю приходилось 10,9 процентов изменения совокупной устойчивости. За ним следовали загрязнение воды и нерациональное применение антибиотиков. Устойчивость к антибиотикам, обусловленная PM2,5, вызвала, по оценкам, 0,48 миллиона преждевременных смертей в 2018 году, что соответствует ежегодным экономическим потерям в размере 395 миллиардов долларов США. В модели, в которой не применялись никакие меры снижения загрязнения воздуха, к 2050 году во всем мире устойчивость к антибиотикам выросла на 17 процентов, а ежегодные случаи смерти, связанные с устойчивостью к антибиотикам, увеличились на 56,4 процента (в основном за счет стран Африки к югу от Сахары). При полномасштабной политике по снижению загрязнения воздуха снижение концентрации PM2,5 на каждые пять микрограмм на кубический метр воздуха уменьшит глобальную устойчивость к антибиотикам на 16,8 процента и сократит избыточную смертность примерно на 23,4 процента к 2050 году. По мнению ученых, эти первые убедительные доказательства глобального влияния загрязнения воздуха на развитие устойчивости к антибиотикам помогут в разработке экологической политики в разных странах, направленной на контроль загрязнения воздуха. Загрязнение воздуха непосредственно негативно сказывается на здоровье людей. Например, высокая концентрация диоксида азота во вдыхаемом воздухе приводила к снижению систолического артериального давления у лондонских подростков. При этом PM2,5 его повышало.