La pollution de l'ozone est une préoccupation environnementale mondiale qui ne menace pas seulement la santé humaine et la production agricole, mais aggrave également le réchauffement climatique. Bien que la formation d'ozone soit souvent attribuée aux polluants anthropiques, les émissions de sol se révèlent être une autre source importante.
Les chercheurs de l'Université Polytechnic de Hong Kong (PolyU) ont examiné les données mondiales des émissions d'acide nitreux du sol (HONO) de 1980 à 2016 et les ont incorporées dans un modèle de climatisation pour dévoiler le rôle pivot du sol que les émissions de Hono jouent dans l'augmentation du rapport de mélange d'ozone dans l'air et son impact négatif sur la végétation.
Les résultats ont été publiés dans Communications de la natureavec le Dr Yanan Wang, Polyu Postdoctoral Fellow, et le Dr Qinyi Li, professeur à l'Université de Shandong, en tant qu'auteurs co-premier.
Les activités microbiennes du sol et les pratiques agricoles, notamment l'application d'engrais, libèrent divers gaz du sol dans l'atmosphère.
Des études antérieures ont révélé que les émissions de Hono des sols contribuent jusqu'à 80% du rapport de mélange Hono atmosphérique. L'interaction de Hono avec d'autres polluants dans l'atmosphère est cruciale pour la production chimique d'ozone. Hono favorise également la formation d'ozone en élevant les concentrations de ses précurseurs, l'oxyde d'azote (nonx).
Le professeur Tao Wang, professeur président de l'environnement atmosphérique du département de génie civil et environnemental de Polyu, ainsi que son équipe de recherche, a compilé un ensemble de données de mesures d'émission de Soil Hono à partir de divers écosystèmes dans le monde et a été lancé un schéma de paramétrisation quantitatif pour quantifier l'impact apporté par les émissions.
La recherche a rendu possible les mesures complètes de l'ensemble de données en intégrant plusieurs variables, y compris des facteurs climatiques tels que la température du sol et la teneur en eau du sol, ainsi que le type d'engrais et les taux d'application dans le schéma.
Pour les facteurs non quantifiables tels que les activités microbiennes, l'utilisation des terres et la texture du sol, l'équipe a appliqué divers paramétrisations en fonction des données de latitude, de longitude et d'utilisation des terres des échantillons de sol correspondants.
Les émissions de Hono du sol mondial continuent d'augmenter
Les chercheurs ont constaté que les émissions de Soil Hono sont passées de 9,4 TG N en 1980 à 11,5 TG N en 2016. En utilisant le modèle de chimie-climat pour simuler l'impact de ces émissions sur la composition atmosphérique, ils ont découvert une augmentation moyenne de 2,5% par an dans le rapport mondial de mélange d'ozone de surface, avec des augmentations localisées atteignant jusqu'à 29%.
Ces augmentations peuvent entraîner la surexposition de la végétation à l'ozone, affectant négativement l'équilibre des écosystèmes et la production de cultures alimentaires. De plus, les dommages à l'ozone réduiront la capacité de la végétation à absorber le dioxyde de carbone, aggravant ainsi davantage l'effet de serre.
L'équipe a souligné que les émissions de Hono du sol sont influencées par les effets combinés de l'utilisation des engrais azotés et des facteurs climatiques tels que la température du sol et la teneur en eau du sol, entraînant des variations saisonnières et géographiques. Les émissions mondiales du sol Hono culminaient en été lorsque la température du sol est plus élevée et que les cultures sont dans leur saison de croissance.
L'hémisphère nord s'est avéré contribuer aux deux tiers des émissions mondiales, l'Asie étant le plus grand émetteur, représentant 37,2% du total. Les points chauds d'émissions se sont principalement regroupés dans les zones agricoles en Inde, en Chine orientale, en Amérique du Nord, en Europe, en savanes africaines et en Amérique du Sud.
Les régions ayant une baisse des niveaux de pollution sont plus affectées
Notamment, l'influence des émissions de Hono du sol sur l'augmentation du rapport de mélange d'ozone est plus significative dans les faibles régions d'émission anthropiques. En effet, la formation d'ozone est étroitement liée aux concentrations de ses précurseurs,x et composés organiques volatils (COV), dans l'air.
En règle générale, nonx Les concentrations sont plus faibles tandis que les concentrations de COV sont plus élevées dans les zones à faible émission anthropique, plaçant ces zones principalement dans un nonx-GRIME PLUSÉE où l'ozone est plus sensible au nonx. Une augmentation de nonx La concentration entraînera ainsi une augmentation plus élevée des niveaux d'ozone.
Avec la tendance mondiale au cours des dernières années de diminutionx-Le régime fixe, ce qui a fait grimper l'impact des émissions de Hono des sols sur les niveaux d'ozone.
Le professeur Wang a déclaré: « Le changement climatique et l'utilisation croissante de l'engrais conduiront à une augmentation continue des émissions de Hono des sols, qui peuvent compenser certains des avantages attendus de réduction des émissions anthropiques. Il est crucial de comprendre et de gérer les émissions de sol pour favoriser le développement aérien.
Techniques de modélisation avancées et ensembles de données diversifiés
Dans le développement du schéma de paramétrage robuste, l'équipe de recherche a intégré des techniques de modélisation avancées et divers ensembles de données, notamment les données de mesure des émissions du sol mondial de 110 expériences de laboratoire antérieures et des données dérivées de la réanalyse rétrospective de l'ère moderne pour la recherche et les applications version 2 (MERRA2).
L'équipe de recherche a également mis à profit le modèle de l'atmosphère communautaire avec la chimie (CAM-Chem) du modèle climatique-chimie développé par le National Center for Atmospheric Research des États-Unis pour simuler les impacts des émissions Hono des sols sur le risque de chimie atmosphérique et d'exposition à la végétation.
Le professeur Wang a déclaré: « Nos futures recherches se concentreront sur l'élargissement du réseau d'observation mondial pour les émissions de Soil Hono, ainsi que sur la meilleure compréhension des rôles microbiens dans les émissions de Hono par le sol.
« D'autres études devraient également explorer des stratégies d'atténuation pour optimiser l'utilisation des engrais, telles que le placement profond des engrais et l'utilisation d'inhibiteurs de nitrification, dans le but de réduire les émissions de Hono du sol tout en maintenant la productivité agricole. »
