気候変動と戦うことは、笑いガスを真剣に受け止めることを意味します

国や産業が気候変動に対処するために温室効果ガスの排出を削減しようとする中、農業慣行が注目されています。 これには正当な理由があります: 農業は人為的な気候温暖化排出量の 16 ～ 27% を占めています。 気候変動に関する政府間パネルによると (IPCC). しかし、これらの排出の多くは、気候変動の悪役である二酸化炭素からのものではありません。 それらはまったく別のガス、つまり亜酸化窒素から来ています。

N₂笑気ガスとしても知られるOは、それに見合うほどの注目を集めていないと、ニューヨーク大学の栄養汚染研究者で、窒素汚染の研究と政策立案に焦点を当てた組織である国際窒素イニシアチブの副議長を務めるデービッド・カンターは言う. 「それは忘れられた温室効果ガスです」と彼は言います。 まだ分​​子のための分子、N ₂O は、大気を加熱する能力が二酸化炭素の約 300 倍です。 そしてCOのように ₂、それは長寿命であり、支出です  平均114年 崩壊する前の空。 また、オゾン層を破壊します。 全体として、笑気ガスが気候に与える影響は冗談ではありません。 IPCC の科学者は、亜酸化窒素が温室効果ガス排出量のおよそ 6% を占め、その約 XNUMX 分の XNUMX が窒素酸化物であると推定しています。 ₂O 排出量は農業から発生します。

しかし、気候変動への重要な貢献にもかかわらず、政策立案者は 直接アドレスN₂O排出量. そしてガスは溜まり続けます。 亜酸化窒素のソースとシンクの 2020 年のレビューでは、次のことがわかりました。  排出量は 30% 増加しました 過去 XNUMX 年間で、IPCC によって記述された最大の潜在的な排出シナリオを除いて、すべてを超えています。 特に地球上で合成窒素肥料が大量に使用されているため、農業土壌が主な原因です。

今日、科学者は土壌を処理したり、農業慣行を調整して窒素を削減するためのさまざまな方法を検討しています。₂お産。

アイオワ州立大学の農業生態学者で土壌科学者のマイケル・カステラーノは、「肥料の使用効率を改善するためにできることは何でも大きなものになるでしょう」と述べています。

窒素の不均衡

人類は地球の窒素循環のバランスを崩してしまいました。 近代的な農業が台頭する前は、農場で植物が利用できる窒素のほとんどは、堆肥、肥料、窒素ガス (N₂) そして、それを植物が根から吸収できる可溶性栄養素であるアンモニウムに変換します。 それがすべて変わったのは、1900 年代初頭に  ハーバーボッシュプロセス これは、大量のアンモニア肥料を生産するための工業的方法を提供しました。

この豊富な合成肥料は作物の収量を押し上げ、世界中の人々を養うのに役立っていますが、この過剰な硝酸塩とアンモニウムは環境コストを伴います。 アンモニア肥料の生産は約 全世界のエネルギー使用量の 1% および1.4%のCO ₂ 排出 (このプロセスでは、窒素ガスを加熱し、最大 400 気圧の圧力にさらす必要があるため、非常にエネルギーを消費します)。 さらに重要なことに、肥料は亜酸化窒素の排出量を増加させます。これは、農家が年間に数回に分けて窒素を畑に適用する傾向があり、作物がそのすべてを使用できないためです。

植物の根が肥料を拭き取らないと、その一部が畑から流れ出て水路を汚染します。 残りは、アンモニアを亜硝酸塩、次に硝酸塩、そして最後に窒素に戻す一連の土壌微生物によって消費されます。₂ ガス。 ん ₂O  副産物として作られる このプロセス中のいくつかの時点で。

植物が必要なときに肥料を注意深く与えるか、窒素肥料を減らして収量を維持する方法を見つけると、これらの窒素が減少します。₂O の排出について、科学者はさまざまな方法を検討しています。 調査中の戦略の XNUMX つは、リモート センシング技術を使用して、田んぼにいつ、どこで、どれだけ窒素を加えるかを決定する精密農業技術を利用することです。 もう XNUMX つの方法は、硝化阻害剤を使用することです。これは、微生物がアンモニアを硝酸塩に変える能力を抑制し、窒素の生成を妨げる化学物質です。 ₂O および植物が長期間にわたって使用できるように、土壌中の窒素を維持します。

これらXNUMXつの慣行を広く採用することで、亜酸化窒素の排出を削減 現在の軌道から約 26% オーストリアの国際応用システム分析研究所の研究者による 2030 年の推定によると、2018 年までに。 しかし、著者らは、パリ協定で定められているような温室効果ガスの目標を達成するためには、それ以上のことが必要であると述べています。 そのため、科学者は追加の戦略を模索しています。

考えられる方法の XNUMX つは、特定の微生物が持つ可能性を利用して植物に直接窒素を供給することです。これは、窒素固定細菌が豆、ピーナッツ、その他のマメ科植物と協力してすでに行っているのと同じことです。 「土の中に金鉱が住んでいるのです」と、論文の共著者である Isai Salas-González は言います。 植物微生物叢 2020で  微生物学の年次レビュー そして、最近ノースカロライナ大学チャペルヒル校で博士号を取得した計算生物学者。

そのような流れで、2019年以来、Pivo​​t Bio社はPivot Bio Provenと呼ばれる微生物製品を販売してきました.これは、トウモロコシの種が植えられている溝に接種剤を注ぐと、作物の根と共生するというものです. （同社はモロコシ、小麦、大麦、米についても同様の製品を発売する予定です。）微生物は、植物から漏れる糖分と引き換えに、窒素を少しずつスプーンで供給し、合成肥料の必要性を減らします、とCEOのKarsten Temmeは言いますピボットバイオの。

Temme は、会社の科学者が細菌の菌株を分離することによって接種剤を作成したと言います。 コサコニアサッカリ 問題の遺伝子は野外条件下では自然に活性化していませんでしたが、それはすでにそのゲノムに窒素固定能力を持っていました。 遺伝子編集技術を使用して、科学者たちは18個の遺伝子のセットを再活性化することができたので、  ニトロゲナーゼという酵素が作られていること 化成肥料の存在下でも。 「私たちは彼らにこの酵素を作り始めるように誘導します」と Temme は言います。

アイオワ州立大学の生物地球化学者であるスティーブン・ホールは、現在、トウモロコシが育つ大きなダンプスターサイズの容器で製品をテストしています. 研究者は、接種剤とさまざまな量の合成肥料を土壌に適用し、トウモロコシの収量、亜酸化窒素の生成、およびコンテナの底からの硝酸塩の浸出量を測定します。 試験の結果はまだ出ていませんが、微生物が肥料の必要性を減らし、それによって亜酸化窒素の放出を減らすという仮説には「良い初期の支持」があるとホールは言います。

しかし、土壌学者や微生物学者の中には、微生物の迅速な修復に懐疑的な人もいます。 このような「生物肥料」は、適用される土壌と環境によって、さまざまな成功を収めていると、カナダのゲルフ大学の環境微生物学の大学院生である Tolu Mafa-Attoye は言います。 たとえば、小麦のある野外調査では、作物に有益な微生物を接種すると植物の成長が促進されましたが、結果として わずかに高い収量. 不明な点がたくさんある、と Mafa-Attoye の Guelph の同僚は XNUMX 月に次のように書いている。  持続可能な食糧システムのフロンティア — 微生物が土壌生態系に悪影響を与えるかどうか、または在来の微生物に打ち負かされるかどうかなど。

微生物を追加する代わりに、土壌中にすでに存在する望ましい微生物の成長を促すほうが理にかなっているかもしれない、と英国のティーズサイド大学の微生物学者、キャロライン・オーは言う。 彼女は、殺虫剤の使用を削減することで、微生物のコミュニティがより多様化し、 より多くの天然窒素固定. さらに、亜酸化窒素の生成は、炭素、酸素、窒素の利用可能性によって影響を受けます。すべては、肥料の使用、灌漑、耕作の調整によって影響を受けます。

たとえば、耕作を考えてみましょう。 200以上の研究の分析 農民が耕作を中止または削減した後、最初の 10 年間で亜酸化窒素の排出量が増加したことがわかりました。 しかしその後、排出量は減少しました。 分析の共著者であり、スイスの ETH チューリッヒの農業生態学者であるヨハン シックスは、土壌が何年にもわたってそれらの上を駆動する機器の後、非常に圧縮された状態で始まるためだと考えています。 しかし、時間が経つにつれて、乱されていない土壌はクッキーのような構造を形成し、より多くの空気が流れ込みます.そして、高酸素環境では、微生物はより少ない亜酸化窒素を生成します. このような不耕起システムはまた、より多くの炭素貯蔵をもたらします。 ₂ — 追加の気候便益を提供する。

農家は、収穫量を維持しながら、肥料や水にかかる費用を節約し、排出量を削減することさえできるかもしれません。 カリフォルニアのセントラル バレーにあるトマト農園の研究で、シックスは、耕作を減らし、植物に窒素をゆっくりと浸透させる点滴灌漑システムを使用した調査区画が、土壌に溜まる栄養素の量を減らすことを発見しました。₂従来の管理区画と比較して、O排出量を70%削減。 これらの変更を実施した農民は、州のキャップ アンド トレード プログラムを通じて、温室効果ガス削減の補償も受けました。 適切なインセンティブがあれば、農家に排出量を削減するよう説得するのはそれほど難しくないかもしれない、とシックスは言います。

ミズーリ州では、農家のアンドリュー・マクリーが不耕起栽培で 2,000 エーカーのトウモロコシと大豆を栽培しています。 今年、彼は肥料の使用を減らし、Pivo​​t Bio の接種剤がほぼ同じ収量を維持できるかどうかを確認する予定です。 「すべての農家は確かに土壌に気を配っていると思います」と彼は言います。 「コストを削減できれば、それもまた素晴らしいことです。」

そして、もし政策立案者が亜酸化窒素への取り組みに目を向ければ、私たち全員に波紋が広がるはずだと、ニューヨーク大学のカンターは言う. それらのいくつかは、気候変動に対処するよりも迅速で具体的なものになる可能性があります。 Nを下げるのと同じ対策₂O レベルは、地域の大気汚染や水質汚濁、生物多様性の損失も減らします。 「これらは、人々がすぐに見て感じるものです」とカンターは言います.「数十年や数世紀ではなく、数年のうちに」.