農業からの流出物が地球温暖化の原因となっていることが判明:その原因と対策は?

農業からの流出物が地球温暖化の原因となっていることが判明:その原因と対策は? 地球

亜酸化窒素(N2O)は、二酸化炭素の300倍もの温暖化作用を持つ強力な温室効果ガスです。

農地からの肥料の流出により、川に流れ込む窒素の量が増えています。

窒素を呼吸する微生物が肥料の一部をN2Oに分解し、川は海に向かって流れながら大気中に放出しています。

しかし、これまで科学者たちは、このプロセスがどのように機能するのか、流出水のうちどのくらいの割合がN2Oとして排出されるのか、N2Oの排出を軽減するためにどのような措置を講じればよいのかについて、明確に把握していませんでした。

AGU Advances誌に掲載されたこの論文の単独著者で、マサチューセッツ大学アマースト校の地球科学教授であるMatthew Winnick氏は、「人間は窒素循環を根本的に変えています。私たちは、環境の中で窒素がどのように移動するかを変えてしまったのです。この変化の多くは、農地に撒かれた膨大な量の窒素を多く含む化学肥料が、雨が降ると小川や川に流れ込み、硝酸塩に変化したことに起因しています。」と言います。

科学者たちは、土壌や川底の微生物が硝酸塩を無害な二窒素ガスまたはN2Oに変換する「脱窒プロセス」に寄与することを以前から知っていました。

しかし、この変換プロセスの正確な仕組みは謎に包まれていました。

そのことは、河川に起因するN2Oの排出量が、全世界の排出量の0.5%から10%の間と幅広く見積もられていることからも明らかです。

Winnick氏は、米国内の72の河川でN2Oを定量化した大規模な実験データを再検討しました。

化学反応モデルは、河川システム内で窒素がどのように変換されるかを追跡することができます。

また、河川の乱流モデルは、河川自体の機械的な力が硝酸塩を河床に運び、そこで脱窒が行われる様子を捉えます。

高解像度の化学反応モデルと乱流モデルを組み合わせることで、硝酸塩が河川から河床に移動する様子を確認することができ、これがWinnick氏の発見の鍵となりました。

その結果、N2Oの生成を効果的に左右するのは、「脱窒効率」、つまり河川敷に運ばれた硝酸塩のうち、脱窒プロセスのさまざまな反応を受けた割合であることがわかりました。

河床での硝酸塩の変換効率が高ければ高いほど、N2Oの放出量は少なくなります。

しかし、脱窒の効率が低いところでは、N2Oの放出量が比較的多いことがWinnick氏の調査で分かりました。

さらに、硝酸塩が運ばれてくる川底も重要な役割を果たしています。

小さな無酸素ゾーン(酸素のない場所)が点在する河床は、N2Oの放出を防ぐのにも役立つといいます。

Winnick氏は、窒素循環に関する新たな理解が、気候変動の緩和に役立つと考えています。

「人為的な窒素を処理する河川の能力を高めることで、それに比例してN2Oの排出量も減らせるかもしれません。」と彼は書いています。

Published by University of Massachusetts Amherst. Stream Transport and Substrate Controls on Nitrous Oxide Yields From Hyporheic Zone Denitrification, AGU Advances, DOI: 10.1029/2021AV000517.