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

温室气体 环境科学 肥料 农业 肥料 气候变化 土壤水分 粪便管理 大气科学 农学 土壤科学 地理 生态学 考古 地质学 生物
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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