Что касается кукурузного этанола, большинство выбросов парниковых газов можно сопоставить с производством, транспортировкой и сжиганием топлива, но большую часть расчета парниковых газов можно отследить прямо на ферме. Однако из соображений конфиденциальности ученые не могут получить доступ к индивидуальным решениям по управлению фермой, таким как тип и норма удобрения.
Данные по азотным удобрениям являются важной частью расчетов, потому что часть этих удобрений попадает в атмосферу в виде закиси азота, очень мощного парникового газа. Данные по азотным удобрениям для кукурузы общедоступны на национальном уровне и уровне штата, но ученые утверждают, что такой уровень разрешения скрывает то, что на самом деле применяется на фермах по всей стране, и может привести к неточным LCA для этанола из кукурузы.
В новом исследовании Университета Иллинойса и США.S. Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США разработала первые наборы данных по внесению азота на уровне округа для кукурузы, что значительно повысило точность расчетов парниковых газов для сельскохозяйственных культур.
"Наличие хороших данных действительно важно для стимулирования как общего обсуждения, так и большего доверия к LCA.
Мы видели некоторые злоупотребления при анализе жизненного цикла с использованием действительно грубых цифр, при уменьшении больших средних значений, которые действительно могут сильно различаться. Таким образом, даже несмотря на то, что уровень округа все еще не так точен, как хотелось бы, достижение такой шкалы – большое достижение », – говорит Мишель Вандер, профессор Департамента природных ресурсов и наук об окружающей среде в Иллинойсе и соавтор учиться.
Хойонг Квон, главный ученый-эколог в Центре оценки систем в Аргонне и соавтор исследования, говорит, что протокол и результаты помогут сельскохозяйственному и биоэкономическому сообществу лучше понять влияние данных азотных удобрений с высоким разрешением на жизненные циклы биотоплива на основе кукурузы.
«Закись азота составляет около половины всех парниковых газов, связанных с выращиванием кукурузы», – говорит Квон. «Теперь мы можем дифференцировать выбросы закиси азота, связанные с выращиванием кукурузы на уровне округа, и можем показать, насколько эти выбросы различаются в зависимости от местоположения и практики ведения сельского хозяйства."
Юйшу Ся, которая провела анализ и недавно завершила свою докторскую программу в Wander, использовала два подхода для определения использования азотных удобрений и навоза на уровне округа.
Первый, который Ся называет подходом сверху вниз, был немного похож на сборку пазла из кусочков разного размера. На уровне округа она нашла данные по внесению азотных удобрений и навоза, но цифры были агрегированы по всем культурам, а не конкретно по кукурузе.
Набор данных на уровне штата включал удобренные площади под кукурузу, поэтому нужно было сопоставить округ с штатом. Набор данных штата также включал поступления азота, но агрегировал их по типам удобрений. Поэтому проверка данных или двойная проверка информации о штате и стране стала еще одной загадкой.
«Для нисходящего подхода мы использовали данные, полученные от продаж удобрений, информацию, собранную Американской ассоциацией должностных лиц по контролю качества пищевых продуктов и растений.
Таким образом, мы предполагаем, что эти числа относительно точны; кто-то действительно купил этот азот. Юйшу приложил кропотливые усилия, в основном используя этот слой данных об урожае как головоломку, чтобы выяснить, сколько кукурузы, где и в каком севообороте, с течением времени. А еще по навозу: сколько там животных?? Где они?
Какие отходы животноводства и сколько? Это буквально попытка составить бюджет, чтобы попытаться выяснить, что разумно и истинно », – говорит Вандер.
Второй подход Ся взял урожай кукурузы, севообороты и свойства почвы на уровне округа и оценил внесение азота на основе количества азота, необходимого для достижения этой урожайности. Сравнение результатов двух подходов показало, что фермеры Ся применяют азот сверх того, что необходимо.
«На национальном уровне средневзвешенные значения внесения азота в кукурузу на основе посевных площадей кукурузы превышают потребности в азоте на 60 кг на гектар, при этом избыток азота обнаруживается в 80% всех U.S. – округа, производящие кукурузу, – говорит Ся.
Избыточное применение было наиболее заметно на Среднем Западе, за которым следовали Северные равнины. Юго-восток и северо-запад имели сравнительно низкие нормы внесения азота и избыточные уровни. Западные штаты в целом были более вариативными.
Ся говорит, что этот метод может быть полезен не только для оценки выбросов закиси азота.
«Наш подход также может быть использован для оценки выщелачивания азота, выбросов аммиака, выбросов других парниковых газов или воды и углеродного следа. Эти улучшения данных могут действительно помочь в создании и использовании более совершенных моделей экосистем и анализа жизненного цикла."
Квон указывает, что новый подход потенциально может быть использован политиками на национальном уровне.
"В национальном отчете EPA по инвентаризации парниковых газов в настоящее время используются данные по азотным удобрениям на уровне штата для создания национальных оценок выбросов закиси азота от удобрений. Если они применяют эти данные на уровне округа с высоким разрешением, они могут уточнить эти цифры в национальном масштабе."
Результаты также могут помочь фермерам принимать более обоснованные управленческие решения.
«Цены на удобрения сейчас заоблачные, поэтому, поскольку наши результаты показывают, что некоторые фермеры чрезмерно вносят до трети своего азота, они, вероятно, могли бы немного отступить и сэкономить немного денег», – говорит Вандер.