Биоуголь может устойчиво повысить урожайность и сократить выбросы парниковых газов

Долгосрочные преимущества применения биоугля для продовольственной безопасности и смягчения последствий изменения климата. Автор: команда ЯН Сяоюаня

Сельское хозяйство производит огромное количество отходов урожая, включая солому, шелуху и стебли каждый сезон выращивания. К сожалению, распространенные методы утилизации — сжигание, вспахивание отходов обратно в поля, использование в качестве корма для животных и даже компостирование — выделяют парниковые газы (ПГ), такие как метан (CH₄), закись азота (N₂O) и диоксид углерода (CO₂), способствуя изменению климата и долгосрочным рискам для продовольственной безопасности.

В отличие от этого, биоуголь — материал, похожий на древесный уголь, получаемый путем нагревания сельскохозяйственных отходов в условиях низкого содержания кислорода (пиролиз) — предлагает многообещающую и экологически чистую альтернативу, согласно новому исследованию китайских ученых.

Команда под руководством профессоров Янь Сяоюаня и Ся Лунлуна из Института почвоведения Китайской академии наук показала, что биоуголь может принести долгосрочные преимущества для продовольственной безопасности и смягчения последствий изменения климата при длительном применении на сельскохозяйственных угодьях. В частности, исследование показало, что повторные ежегодные применения не только поддерживают, но и усиливают положительные эффекты биоугля на урожайность сельскохозяйственных культур, здоровье почвы и сокращение выбросов парниковых газов.

В этом исследовании ученые проанализировали записи полевых экспериментов высокого качества из 438 исследований, включая последовательные ежегодные данные из 29 долгосрочных полевых экспериментов. Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, демонстрируют, что ежегодное применение биоугля в течение четырех лет и более увеличило глобальную урожайность сельскохозяйственных культур в среднем на 10,8%, сократило выбросы CH₄ на 13,5% и выбросы N₂O на 21,4%, а также повысило содержание органического углерода в почве (SOC) на 52,5%.

В то время как однократное применение биоугля показало ослабление эффектов со временем из-за эффекта старения, исследование показало, что оно все еще было полезным, с продолжающимся ростом урожайности и SOC, а также продолжающимся снижением выбросов CH₄ и N₂O, хотя и с ослабевающей тенденцией.

«Нас интересовало, насколько значительным может быть потенциал биоугля для секвестрации углерода и сокращения выбросов на глобальных сельскохозяйственных угодьях при долгосрочном применении», — сказал Ян Цзинжуй, первый автор исследования и аспирант ISSCAS.

Основываясь на текущих практиках управления соломой и биоуглем, исследователи подсчитали, что преобразование 70% соломы в биоуголь для сельскохозяйственных полей может увеличить глобальную урожайность зерна на 190 миллионов тонн в год и повысить потенциал удаления диоксида углерода (CDR) на 2,01 Пг CO₂-экв. в год — это около 30% от средней годовой урожайности зерна в Китае с 2018 по 2021 год.

После учета выбросов парниковых газов от производства биоугля (0,25 тонны CO₂ на тонну биоугля) чистый потенциал CDR все еще составлял 1,84 Пг CO₂-экв. в год, компенсируя около 4,6% глобальных выбросов CO₂ от ископаемого топлива.

Результаты предполагают, что стратегическое развертывание биоугля с многолетними интервалами или с перерывами между ежегодными применениями может поддерживать его преимущества рентабельно, минимизируя риски. Расширение полевых экспериментов и сравнительных испытаний в различных типах почв, климатических условиях и системах земледелия имеет решающее значение для уточнения стратегий применения, особенно в определении оптимальных частот и норм.

Хотя периодическое применение биоугля, адаптированное к местным условиям, может снизить затраты и обеспечить долгосрочные преимущества, первоначальное экономическое бремя может отпугнуть фермеров, избегающих риска.

«Поскольку фермеры вряд ли увеличат затраты, если нет убедительных доказательств того, что это окупается, крупномасштабные демонстрационные испытания в основных зернопроизводящих регионах, таких как Северо-Китайская равнина и Кукурузный пояс США, необходимы для доказательства как экономических, так и экологических преимуществ», — сказал профессор Янь.

Анализ затрат и выгод, проведенный командой, показал, что увеличение урожайности и сокращение выбросов парниковых газов могут компенсировать около 81% затрат на закупку биоугля, причем возможны большие выгоды, когда учитывается сокращение потерь азота. Исследователи утверждают, что государственные субсидии и поддерживающая политика будут иметь решающее значение для масштабирования внедрения биоугля и реализации его глобального потенциала для устойчивого сельского хозяйства и смягчения последствий изменения климата.

Больше информации: Jingrui Yang et al, Sustained benefits of long-term biochar application for food security and climate change mitigation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2509237122

Источник: Chinese Academy of Sciences