根据爱荷华州立大学（Iowa State University）一个研究小组的一项新研究，在爱荷华州大多数农民使用的玉米和大豆典型的两年轮作中，40%的一氧化二氮排放发生在大豆种植年。
爱荷华州立大学（Iowa State University）农学教授、土壤科学教授迈克尔·卡斯特拉诺（Michael Castellano）说，考虑到大多数大豆田没有施用氮肥，在作物轮作周期的一半时间里，大豆所释放的强效温室气体的比例高得惊人。
“我们一直认为，像大豆这样的豆科作物不会产生很大的排放足迹，因为它们通常不需要施肥。但土壤中产生一氧化二氮的自然过程不会因为你不施肥而停止，”卡斯特利亚诺说。“在一种典型的种植系统中，我们近一半的排放来自大豆，而我们甚至没有考虑过如何管理它们。”
Castellano和博士后研究员Tomas Della Chiesa领导的一个团队希望改变这种情况。在本月发表在《自然可持续发展》（Nature Sustainability）杂志上的一篇关于新分析的论文中，他们还分享了一个模型，该模型显示，在秋天种植冬季覆盖作物，在春天早些时候种植大豆，可以减少三分之一的排放量，同时提高产量。
“这项研究中我最喜欢的部分是农民更有可能立即实施这些解决方案，因为它们实用且可扩展。这些选择已经存在，但人们只是没有以这种方式考虑它们，”卡斯特拉诺说。
在大多数工业中，现有的技术可以减缓或阻止导致气候变化的吸热气体（如二氧化碳）的释放。农业面临更严峻的内在挑战。它的温室效应主要来自甲烷和一氧化二氮，这些排放很难控制，因为它们是生物副产品。牲畜的消化是甲烷的最大来源，而土壤管理是一氧化二氮的罪魁祸首。
卡斯特拉诺说：“如果你要种植农作物，就会产生一些温室气体排放。”
卡斯特拉诺说，大部分对玉米带农田排放的关注都集中在优化氮肥的使用上，这是有道理的。卡斯特拉诺还领导着爱荷华州氮肥倡议，这是一个正在进行的研究项目，旨在为爱荷华州农民提供更精确的理想氮肥用量数据。合理管理肥料使用是减少玉米-大豆系统排放的重要第一步，并具有其他环境效益，例如改善水质。
但化肥并不是农业生产中一氧化二氮的唯一来源。当微生物分解土壤中的有机物时，产生的一些氮转化为气体形式。没有植物利用分解过程中产生的氮，裸露的土壤会释放出更多的一氧化二氮——尤其是在春天，温暖和潮湿会促进微生物活动。这就是造成大部分大豆排放的原因。
“它来自我们无法阻止的生化过程，”德拉·基耶萨说。
为了量化大豆种植对中西部上部主要作物轮作的氧化亚氮产量有多大贡献，Della Chiesa和Castellano分析了先前16项玉米-大豆系统研究的数据。德拉·基耶萨说，发现40%的排放发生在大豆轮作的一半，这就需要更广泛的缓解方案。
“我们必须考虑与肥料无关的管理实践，”他说。“半年里，我们都是光秃秃的土地。”
研究人员在他们的论文中研究的一种策略将大大缩短农田没有活植物的时间。在成熟的玉米地空中播种燕麦或黑麦等冬季覆盖作物，可以在两季作物之间的几个月里覆盖土壤，而使用长生型大豆品种可以提前播种春季作物。根据作物系统模型，双管齐下的方法将使大豆年排放量减少33%，种植时间提前四周左右，产量将提高16%。
延长生长的大豆已经广泛种植，农民也越来越多地推动大豆的提前种植。但他们通常优先种植春季的玉米，因为玉米产量比大豆产量更容易受到晚开的影响。美国农业部在2023年将联邦作物保险覆盖的大豆最早种植日期提前了大约一周，这有所帮助。爱荷华州大部分地区的大豆如果在4月15日或之后种植，就会被覆盖，而爱荷华州的玉米和爱荷华州南部的大豆在4月10日或之后被覆盖。
卡斯特拉诺说，在未来，联邦官员应该考虑为保险范围设定更早的种植日期对环境的好处。
他说：“我们的研究表明，在做出这些决定时，早期种植具有一定的价值。”
卡斯特拉诺说，美国大豆委员会为这项研究提供了主要资金，还支持一项为期三年的后续研究，实地测试玉米覆盖作物与早期大豆种植相结合对排放和产量的影响。爱荷华州、伊利诺斯州、明尼苏达州和肯塔基州的试验田的结果很有希望。
爱荷华州立大学的其他研究正在寻找利用提前种植优势的方法。卡斯特利亚诺和爱荷华州立大学生态学、进化和有机生物学教授马修·赫福德（Matthew Hufford）参与了一项研究，探索早期种植玉米对排放的影响。爱荷华州的几位育种专家正在研究基因改良作物的方法，使其更能耐受早季的寒冷。
Castellano说，无论采用何种方法，关键是要找到限制农业生产一氧化二氮的方法。虽然它目前只占全球温室气体排放量的一小部分，但按一磅一磅计算，一氧化二氮捕获的热量是二氧化碳的300倍左右，它对气候变化的相对影响在未来几年可能会上升。
“随着我们使其他经济部门脱碳，农业排放占全球排放的比例预计将迅速上升，因为减排机会很少而且有限。所以我们需要这些减排策略。”卡斯特拉诺说。
