 Мы просим много от земли: накормить мир продовольствием, предоставлять биоэнергию и сохранять питательные вещества, чтобы не загрязнять воду и воздух. Чтобы помочь ответить на эти высокие требования, ученые из Аргоннской национальной лаборатории разрабатывают способы улучшения и оптимизации землепользования.
В сотрудничестве с сообществом фермеров исследователи ищут способы одновременного удовлетворения трех целей: максимизации производства фермера, выращивание сырья для биоэнергетики и защиты окружающей среды. Эти цели, как выяснилось, не обязательно являются взаимоисключающими.
Все это потребует многофункционального ландшафта, где ресурсы распределены эффективно и культуры находятся в их идеальной почве и ландшафтном положении. Посадка биоэнергетических культур в тех местах, где у товарных культур могут возникнуть трудности, может обеспечить сырье биомассы, а также ограничить сток азотных удобрений в воду – все без ущерба прибыли для фермера. Именно это группа ученых обнаружила путем тщательного сбора данных и моделирования на кукурузном поле в Fairbury.
За счет этого они создали пилотную ферму, которая уравновешивает приоритеты экономической целесообразности, биоэнергетики и окружающей среды. Решение этой задачи призвало к изменению точки зрения. Вместо того чтобы искать целые области для подходящих посадочных мест, исследователи проанализировали подобласти на кукурузном поле. Они обнаружили, что подобласти с низкой доходностью также имеют самое низкое отложение азота. Эти области земли обычно являются невыгодными для фермера и вредными для окружающей среды.
Но посадка биоэнергетических культур в подобную почву может решить обе проблемы -экологические и экономические, как исследователи показали в своем моделировании.
Ив и просо являются многолетними биоэнергетическими культурами - их жизненный цикл охватывает несколько лет. Эти растения имеют более обширную корневую систему, чем однолетние растения, которые начинают свой рост с нуля каждый год. Глубокие корни в большей степени способны поглощать азот, который проникает глубоко в почву.
Потеря азота из сельскохозяйственных земель является важной экологической проблемой. Если азот не удерживается почвой или растениями, то он уходит в воздух или воду. Он выпускается в атмосферу в виде закиси азота - парникового газа со стократным потенциалом потепления, чем диоксид углерода. Утечка нитрата в воду приводит к истощению кислорода, что вредит водных экосистем и может привести к появлению токсичных водорослей.
В то время как ученые могут инвестировать в энергетику и окружающую среду, исследователи признали, что фермеры должны думать в первую очередь о своей собственной прибыли. Деньги теряются в ходе земледелия и применения дорогих азотных удобрений, которые просто не производят достаточно урожая. Вставка рядов биоэнергетических культур означает, что фермеру не придется жертвовать значительной прибылью от пропашных культур. В качестве бонуса глубокие корни культур биоэнергетики естественно накапливают азот в качестве удобрений.
Проект исследователей является доказательством концепции. Он показывает, что стратегическая посадка биоэнергетических культур может повысить производительность и сэкономить деньги, демонстрируя научному сообществу, что биоэнергия будет устойчивой, если сопоставить растения с их оптимальным положением в ландшафте.
Ученые изучают, каким образом эти принципы дизайна можно масштабировать до всего водосбора. В конце концов, они надеются, что это исследование улучшит сельскохозяйственное планирования как для фермеров, так и для ученых.
|
