Spatially explicit estimates of N2O emissions from croplands suggest climate mitigation opportunities from improved fertilizer management

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作者
James Gerber,Kimberly M. Carlson,David Makowski,Nathaniel D. Mueller,Iñaki García de Cortázar-Atauri,Petr Havlík,Mario Herrero,Marie Launay,Christine O’Connell,Pete Smith,Paul West
出处
期刊:Global Change Biology [Wiley]
卷期号:22 (10): 3383-3394 被引量:115
标识
DOI:10.1111/gcb.13341
摘要

With increasing nitrogen (N) application to croplands required to support growing food demand, mitigating N2 O emissions from agricultural soils is a global challenge. National greenhouse gas emissions accounting typically estimates N2 O emissions at the country scale by aggregating all crops, under the assumption that N2 O emissions are linearly related to N application. However, field studies and meta-analyses indicate a nonlinear relationship, in which N2 O emissions are relatively greater at higher N application rates. Here, we apply a super-linear emissions response model to crop-specific, spatially explicit synthetic N fertilizer and manure N inputs to provide subnational accounting of global N2 O emissions from croplands. We estimate 0.66 Tg of N2 O-N direct global emissions circa 2000, with 50% of emissions concentrated in 13% of harvested area. Compared to estimates from the IPCC Tier 1 linear model, our updated N2 O emissions range from 20% to 40% lower throughout sub-Saharan Africa and Eastern Europe, to >120% greater in some Western European countries. At low N application rates, the weak nonlinear response of N2 O emissions suggests that relatively large increases in N fertilizer application would generate relatively small increases in N2 O emissions. As aggregated fertilizer data generate underestimation bias in nonlinear models, high-resolution N application data are critical to support accurate N2 O emissions estimates.
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