Ученые предложили Китаю и США поделиться азотными удобрениями с Африкой

К 2030 году можно сохранить урожаи зерновых, снизить использование азотных удобрений на 32 процента и снизить выщелачивание нитратов за пределы сельскохозяйственных полей на 71 процент, если перераспределить мировое использование азотных удобрений. Для этого основным регионам-производителям зерна — США, Китаю и Европе — нужно снизить потребление азотных удобрений и отказаться от их части в пользу африканских стран к югу от Сахары. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment.

Азот наряду с фосфором и калием является элементом питания растений, но в своей наиболее распространенной на Земле форме (газе N₂) он не доступен для поглощения. Энергия связи между атомами азота в молекуле слишком велика, чтобы его легко можно было окислить, например, до нитратов — так могут делать только азотфиксирующие бактерии. Дефицит азота долгое время ограничивал развитие сельского хозяйства, но ситуация изменилась благодаря промышленному производству азотных удобрений в форме нитратов, аммонийных солей и амидов.

Помимо повышения урожайности и продовольственной безопасности это привело к нарушению глобального цикла азота и ряду экологических проблем: эвтрофикации водоемов, выбросам парникового газа — закиси азота, дополнительному вкладу в истончение озонового слоя и снижению биоразнообразия. Если в 1860 году в окружающую среду поступало 100 миллионов тонн химически активного азота (в любой форме, кроме N₂), то сейчас уже почти в три раза больше — 286 миллионов тонн, из которых не менее 110 миллионов тонн приходится на избыточное количество удобрений. Тем не менее, их использование в мире продолжает расти.

Ученые под руководством Эндрю Смеральда (Andrew Smerald) из Технологического института Карлсруэ изучили возможность снижения использования азотных удобрений в выращивании зерновых культур — пшеницы, риса и кукурузы. Данные о распределении мирового урожая они взяли из проекта Global Gridded Crop Model Intercomparison (GGCMI), а расчеты проводили в среде LandscapeDNDC (она позволяет объединять потоки углерода, азота и воды между почвой, атмосферой и гидросферой) с помощью модели почвенного углерода MeTrx и модели роста растений PlaMox. Ячейки сетки пространственного разрешения составили 0,5×0,5 градуса.

Авторы установили, что к 2030 году можно сохранить текущие урожаи (примерно 2,5 миллиарда тонн зерна в год) или даже увеличить их на 15 процентов, внося на 32 процента меньше азотных удобрений от нынешнего количества. Сейчас ежегодно в мире применяют 62 миллиона тонн удобрений в пересчете на химически активный азот и еще восемь миллионов тонн в составе навоза. Для этого нужно перераспределить часть удобрений, которые используются в основных местах производства — на среднем западе США, в Европе и в восточном Китае — в страны Африки южнее Сахары. Сейчас во время посевного сезона в Европе вносится 94 килограмм азота на гектар, в США — 100 килограмм азота на гектар, а в Китае — 236 килограмм на гектар. В странах к югу от Сахары этот показатель составляет 11 килограмм на гектар, и при наличии девяти процентов мировых вспаханных площадей регион производит только четыре процента зерна.

Авторы считают, что увеличение урожая пшеницы и кукурузы в странах южнее Сахары способно компенсировать снижение урожая, которое неизбежно случится в США и Китае, и позволит африканским странам выйти на самообеспечение зерном. Кроме того, такая практика поможет снизить общее выщелачивание нитратов в окружающую среду за счет решения проблемы избыточного использования удобрений на территории Китая.

Ранее ученые установили, что если модернизировать сельское хозяйство в мире с помощью эффективного использования азотных удобрений, генной инженерии и введения севооборотов, то выбросы парниковых газов в секторе растениеводства удастся снизить на 60 процентов.