Чистый воздух повысил урожайность кукурузы и сои в США

Одним из ключевых факторов сельхозпроизводства в США является то, что фермеры почти не контролируют — чистый воздух. Новое исследование, проведенное Стэнфордским университетом, показывает, что сокращение загрязнения в период с 1999 по 2019 год способствовало примерно 20% увеличения урожайности кукурузы и сои за этот период — на сумму около 5 млрд долл. в год. Исследование финансировалось НАСА и Национальным научным фондом.

Анализ, опубликованный в Environmental Research Letters, показывает, что четыре ключевых загрязнителя воздуха наносят особый ущерб сельскохозяйственным культурам, и на их долю приходится в среднем около 5% производства кукурузы и сои за исследуемый период. Полученные результаты могут помочь в разработке технологий и изменений в политики в интересах американского сельского хозяйства и подчеркнуть важность снижения загрязнения воздуха в других странах.

«В прошлом воздействие загрязнение воздуха было трудно измерить, даже два фермера, находящиеся всего в 10 милях друг от друга, могли сталкиваться с разным качеством воздуха. Используя спутники, мы смогли измерить мелкие участки и выявить роль различных загрязнителей», — сказал ведущий автор исследования Дэвид Лобелл, директор Центра продовольственной безопасности и окружающей среды Глории и Ричарда Кушел.

В исследовании подчеркивается значительная мощность спутников для обозначения воздействия загрязнений в масштабах, которые нельзя исследовать при помощи других устройств. Эта способность могла бы иметь ещё большую ценность в странах с меньшим доступом к воздушному мониторингу и данным о производительности.

Ученым давно известно, что загрязнение воздуха токсично для жизни растений в больших дозах, но даже это несравнимо с тем, как на самом деле страдают урожаи фермеров на нынешнем уровне. Воздействие загрязнений на сельское хозяйство в целом, а также воздействие отдельных загрязнителей ранее оставались неизвестными.

Ученые сосредоточили внимание на регионе из девяти штатов (Иллинойс, Индиана, Айова, Мичиган, Миннесота, Миссури, Огайо, Южная Дакота и Висконсин), где производят примерно две трети всей кукурузы и сои в США. Дэвид Лобелл и соавтор исследования Дженнифер Берни из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили измерить влияние озона, твердых частиц, диоксида азота и диоксида серы на урожайность сельскохозяйственных культур.

Озон является результатом вызванных теплом и солнечным светом химических реакций между азотом и углеводородами, что содержатся в выхлопных газах автомобилей. Твердые частицы относятся к крупным частицам пыли, грязи, сажи или дыма. Диоксид азота и диоксид серы — это газы, выделяющиеся в атмосферу главным образом при сжигании ископаемого топлива на электростанциях и других промышленных объектах.

«Это была сложная проблема для решения, потому что исторически наши измерения различных типов загрязнителей воздуха и наши измерения урожайности сельскохозяйственных культур на самом деле не действовали пространственно при необходимом разрешении, — объяснил Берни. — С помощью новых данных с высоким пространственным разрешением мы могли бы отслеживать урожайность сельскохозяйственных культур как вблизи мониторов загрязнения, так и вблизи известных источников выброса загрязняющих веществ. Это помогло выявить различную величину негативных воздействий, вызванных различными загрязнителями».

Лобелл и Берни продлили свой анализ до 1990 года, когда конгресс принял поправки к закону о чистом воздухе, которые привели к значительному улучшению качества воздуха по всей стране. Исследователи просмотрели данные о загрязнении воздуха с сотен станций мониторинга по всему региону, федеральные данные о выбросах электростанций, спутниковые наблюдения за диоксидом азота вокруг этих электростанций, данные об урожайности сельскохозяйственных культур, полученные в результате федеральных обследований и спутниковых снимков, а также данные о погоде для учета условий вегетационного периода, которые, как известно, объясняют колебания урожайности сельскохозяйственных культур.

То, что обнаружили Лобелл и Берни, удивило их. Среди выводов: негативное воздействие обнаружено среди каждого из четырех загрязняющих веществ на урожайность кукурузы и сои, а также наблюдается явное увеличение урожайности по мере удаления от электростанций, особенно угольных установок. Уникальные пространственные структуры каждого загрязнителя позволили им отделить влияние каждого загрязнителя таким образом, как это не удавалось в предыдущих исследованиях.

Исследователи подсчитали, что общие потери урожая от четырех загрязнителей составили в среднем 5,8% для кукурузы и 3,8% для сои за последние два десятилетия. Эти потери со временем уменьшались по мере того, как воздух становился чище. Фактически, сокращение загрязнения воздуха способствовало, по оценкам, 4-процентному росту урожайности кукурузы и 3-процентному росту урожайности сои. В итоге увеличение составило 19% от общего прироста урожайности кукурузы за указанный период и 23% от общего прироста урожайности соевых бобов.

«Мы уже знаем, что Закон о чистом воздухе, на который ушли триллионы долларов , принёс пользу с точки зрения здоровья человека, поэтому я думаю об этих миллиардных сельскохозяйственных затратах, как о глазури на торте, — сказал Лобелл. — Но даже если это небольшая часть для получения действительно чистого воздуха, это был довольно большой вклад для повышения производительности сельского хозяйства».