巴西的农民使用稳定的同位素技术减少温室气体排放

在国际原子能机构与联合国粮食及农业组织（粮农组织）合作协调的一个项目中，巴西农民正在与核科学家合作，利用有机耕作技术提高生产力，同时减少碳排放。他们使用稳定的同位素技术来验证其有机耕作方法的有效性，降低成本，同时改善环境。
 
农业是巴西经济的重要组成部分。该国是世界上最大的咖啡，橙汁和糖生产国，也是第二大大豆和农作物乙醇生产国。在2016-17年生长季节，巴西谷物产量超过2.3亿吨。 
 
如此大规模的农业生产需要大量的氮，氮以前通常以化肥的形式添加。肥料在生产过程中以及在将其施用于土壤的量超过植物实际消耗量的情况下，会产生大量温室气体，从而对气候变化做出贡献。
 
含有合成氮的肥料也很昂贵，因此巴西的农民正朝着使用生物固氮（BNF）的方向发展。这种技术被称为绿色肥料，涉及从空气而不是从化肥中捕获氮。
 
“巴西农业的最新研究表明，收割的谷物和谷物中所有氮的76％以上来自BNF，而不到20％的氮来自合成氮肥，”巴西农业研究公司的研究科学家Segundo Urquiaga说。“现在，在巴西农业中，尤其是在巴西中西部，通过豆科植物种植使用BNF的情况正在全面增长。” 
 
农民种植各种豆类作物，包括波豆和天鹅绒豆，它们的根部都有细菌，这些细菌将空气中的氮转化为适合其他植物食用的形式，从而使土壤肥沃。收获豆类作物并留下农作物残留物后，将原粮（例如谷物和谷物）种植在同一田地上，并从土壤中的氮中受益，仅需少量的化学肥料。 
 
“巴西有机肥的成本估计为每公斤N约1.00美元。如果我们不仅考虑与绿色肥料相关的BNF，还考虑BNF的所有经济利益，包括大豆谷物的生产，那么估计Urquiaga说：“在巴西农业中用BNF衍生的N替代化学N来源每年可节省高达130亿美元。” Urquiaga说：“巴西的有机农业系统迅速发展。”
 
限制温室气体排放
 
尽管在经济上可行的情况下，至少有必要使用一些化肥在作物生产上可行，但将BNF整合到商业化农业运营中具有通过最大限度地减少对此类合成肥料的需求来显着减少温室气体排放的潜力。
 
在2015年联合国气候变化大会上，巴西政府已承诺到2030年将温室气体排放量与2005年的水平相比减少43％。鉴于农业占全球温室气体排放量的24％，在使用BNF高效植物的基础上扩大实施这些农业实践将有助于该国实现这一目标。
 
解决土地退化
 
除了以可持续的方式增加作物产量外，绿色耕作还通过改善土壤的整体健康状况来帮助防止土地退化。“绿色肥料一直在'喂食'土壤，这有助于阻止土壤退化，”巴西绿色肥料公司PiraíSementes的农艺师Jose Donizetti说。“ [过去]由于对农业活动的大量使用和不当使用，很大一部分[巴西]土壤处于退化的晚期。”
 
科学

为了验证绿色肥料的有效性，科学家使用了涉及稳定同位素的核技术。例如，科学家可以追踪15个氮同位素，以确认绿肥固定了多少氮，或者经济作物吸收绿肥衍生的氮的能力如何。为了第二个目的，他们将氮15的样品引入作物周围的土壤中。在几个月的时间内，他们观察到植物吸收了多少氮15，这告诉他们植物利用养分的效率如何。
 
评估绿肥效益的核技术的另一个例子是对同位素碳13的分析，以确定经过多次生长循环后会回收多少绿肥中的碳并将其转化为土壤有机质，从而有助于提高土壤质量。