Poľnohospodárske hnojenie poháňa väčšiu sezónnu výmenu CO2

Tento dokument sa zaoberá významným vplyvom poľnohospodárskeho hnojenia dusíkom (N) na zvýšenie sezónnej amplitúdy výmeny CO2 medzi pevninou a atmosférou, najmä v severných šírkach. Autori analyzovali simulácie klimatických modelov Zeme (ESM), najmä Community Earth System Model (CESM) a jeho zložku pre pevninu Community Land Model verzia 5 (CLM5), a porovnali ich s pozorovaniami koncentrácií CO2.

Kľúčové zistenia štúdie:

• Pozorovania za posledných 50 rokov ukazujú nárast sezónnej amplitúdy CO2 v severných šírkach, pričom na staniciach ako Mauna Loa a Point Barrow bol zaznamenaný výrazný nárast.
• Staršie verzie ESM (napr. CMIP5) nedostatočne simulovali túto zvýšenú amplitúdu. Novšie modely (napr. CMIP6) vrátane CESM2 sa pozorovaniam približujú.
• Štúdia preukázala, že poľnohospodárske hnojenie dusíkom je najväčším prispievateľom (45%) k zvýšenej sezónnej amplitúde CO2 v severnej pologuli v simuláciách CESM. V poľnohospodárskych hotspotových oblastiach môže prispievať až k 9 ppm nárastu amplitúdy.
• K zvýšenej amplitúde prispievajú aj vyššie koncentrácie CO2 (40%) a teplejšie teploty (18%), avšak v menšej miere ako hnojenie dusíkom. Vplyv zvýšeného CO2 je výraznejší v severných šírkach.
• Zvýšená fotosyntéza je dominantným mechanizmom zodpovedným za nárast sezónnej amplitúdy CO2. Poľnohospodárske hnojenie dusíkom priamo podporuje rast rastlín a tým aj fotosyntézu.
• Zatiaľ čo sa predtým považovalo zvýšenie atmosférickej koncentrácie CO2 za dominantný faktor prispievajúci k zvýšenej amplitúde uhlíkových tokov v severných šírkach, táto štúdia zdôrazňuje význam poľnohospodárskeho hnojenia dusíkom.
• Vplyv poľnohospodárskeho hnojenia dusíkom na čistú produkciu biómu (NBP), ktorá predstavuje čistý tok CO2 medzi pevninou a atmosférou, vykazuje podobné priestorové vzorce ako zmeny v amplitúde CO2 v simuláciách CESM2.
• Zvýšené používanie hnojív v poľnohospodárstve za posledných päťdesiat rokov, iniciované Zelenou revolúciou, výrazne zvýšilo produktivitu plodín.
• Väčšina starších ESM nedostatočne reprezentovala poľnohospodárstvo a manažment pôdy, vrátane hnojenia dusíkom, čo viedlo k podceneniu vplyvu poľnohospodárstva na sezónnu amplitúdu CO2. Novšie modely, ako napríklad CESM2, obsahujú explicitné moduly pre simuláciu poľnohospodárstva, vrátane rôznych plodín, zavlažovania a hnojenia.
• Zavlažovanie má menší vplyv na sezónnu amplitúdu uhlíkových tokov v severnej pologuli (3.7%) v porovnaní s hnojením dusíkom, avšak môže byť lokálne významné. Zmeny vo využití pôdy majú významný vplyv na celkový uhlíkový cyklus, ale nie tak silný na sezónnu amplitúdu uhlíkových tokov.
• Veľkosť zmeny uhlíkových tokov medzi pevninou a atmosférou v rokoch 2010-2015 v dôsledku priemyselného hnojenia dusíkom (0.54 gC m−2 d−1) je podobná kombinovanému vplyvu CO2 a klímy (0.55 g C m−2 d−1).
• Autori odporúčajú zahrnúť reprezentáciu poľnohospodárskeho hnojenia dusíkom do budúcich simulácií uhlíkového cyklu vzhľadom na jeho kľúčovú úlohu pri regulácii uhlíkových tokov.
• Zistenia štúdie spochybňujú predpoklad, že zmena klímy je primárnym hnacím motorom zvýšenej sezónnej amplitúdy CO2, a zdôrazňujú významnú úlohu poľnohospodárskeho hnojenia.

Štúdia zdôrazňuje, že poľnohospodárske hnojenie dusíkom predstavuje významný antropogénny vplyv na sezónnu amplitúdu CO2 a jeho zahrnutie do modelov je kľúčové pre presnejšie predpovede budúceho uhlíkového cyklu a klimatických zmien. Frühling

---

Glosár Kľúčových Pojmov

• Sezónna Amplitúda CO2 (Seasonal CO2 Amplitude): Rozdiel medzi maximálnou a minimálnou mesačnou priemernou koncentráciou atmosférického oxidu uhličitého (CO2) počas jedného roka. Odráža sezónne zmeny v pohlcovaní a uvoľňovaní CO2 ekosystémami.
• Modely Zemského Systému (Earth System Models – ESMs): Komplexné počítačové modely, ktoré simulujú interakcie medzi rôznymi zložkami Zeme, ako je atmosféra, oceány, pevnina, ľadová pokrývka a biosféra, vrátane biogeochemických cyklov, ako je uhlíkový cyklus.
• CMIP (Coupled Model Intercomparison Project): Štandardizovaný rámec pre porovnávanie výstupov rôznych globálnych klimatických modelov. Fázy CMIP (napr. CMIP5, CMIP6) umožňujú vedcom vyhodnotiť modely a získať prehľad o projekciách klímy.
• CESM (Community Earth System Model): Konkrétny open-source model zemského systému vyvíjaný a používaný komunitou vedcov na simuláciu klimatických a biogeochemických procesov.
• Poľnohospodárske Hnojenie Dusíkom (Agricultural Nitrogen (N) Fertilization): Pridávanie dusíkatých hnojív do poľnohospodárskej pôdy s cieľom zvýšiť úrodu plodín. Dusík je esenciálna živina pre rast rastlín a fotosyntézu.
• Čistá Produkcia Biómu (Net Biome Production – NBP): Celkové nahromadenie organického uhlíka v ekosystéme počas určitého časového obdobia, predstavujúce čistý tok uhlíka z atmosféry do vegetácie a pôdy mínus uhlík uvoľnený respiráciou a disturbanciami (napr. požiare, zmena využitia pôdy). Pozitívna NBP znamená čisté pohlcovanie uhlíka.
• Hnojenie CO2 (CO2 Fertilization): Zvýšenie miery fotosyntézy rastlín v dôsledku vyšších koncentrácií atmosférického oxidu uhličitého.
• CLM (Community Land Model): Pevninská zložka modelu CESM, ktorá simuluje fyzikálne, chemické a biologické procesy na zemskom povrchu vrátane rastu vegetácie, pôdnych interakcií a tokov uhlíka, vody a energie.
• LUMIP (Land Use Model Intercomparison Project): Projekt v rámci CMIP6 zameraný na porovnávanie vplyvu zmien využitia pôdy a manažmentu na klímu a biogeochemické cykly pomocou rôznych modelov zemského systému.
• Green Revolution: Obdobie rozsiahlych zmien v poľnohospodárstve v polovici až koncom 20. storočia, charakterizované vývojom vysoko výnosných odrôd plodín, zvýšeným používaním hnojív a zavlažovania, čo viedlo k výraznému zvýšeniu produkcie potravín.