Выбросы закиси азота и метана из почв при различном использовании земель в суданской саванне Западной Африки

Почему почвы Западной Африки важны для климата

Воздух над нами формируется не только из‑за заводов и автомобилей, но и благодаря тому, что тихо происходит под нашими ногами. В суданской саванне Западной Африки фермеры, пастухи и лесные инспекторы управляют землёй очень по‑разному — от охраняемых лесов до рисовых чеков. В этом исследовании задаются вопросом, как эти выборы изменяют количество двух мощных парниковых газов — метана и закиси азота, которые выходят из почвы в атмосферу. Понимание этих невидимых обменов помогает формировать сельскохозяйственные и природоохранные практики, которые обеспечивают продовольствие и при этом ограничивают климатическое воздействие.

Четыре соседних ландшафта — четыре разные истории

Исследователи сосредоточились на четырёх типичных землепользованиях в северной Гане: охраняемый саванный лес, выпасаемая лугопастбищная территория, смешанное поле зерновых и огородных культур, а также дождевое рисовое поле в низине. Все четыре участка находятся в одной климатической зоне с одной влажной сезонной фазой с мая по октябрь. Это позволило сравнить, как исключительно землепользование формирует эмиссии парниковых газов. В течение двух дождевых сезонов (2023 и 2024 гг.) команда посещала каждый участок еженедельно и использовала закрытые камеры — небольшие коробки, ставившиеся над землёй, чтобы уловить и измерить газы, выходящие из почвы. Параллельно фиксировали влажность и температуру почвы и анализировали образцы почвы на содержание углерода и азота.

Рисовые поля как горячие точки, леса как тихие помощники

Замеры показали яркие контрасты по метану — газу, удерживающему значительно больше тепла на молекулу, чем углекислый газ. Рисовое поле выделяло гораздо больше метана за сезон, особенно в поздний период дождей, когда почва оставалась насыщенной водой. В таких заболоченных условиях кислород в почве беднеет, и микробы переключаются на производство метана, который затем уходит в атмосферу. На другом конце шкалы заповедный лес обычно выступал как поглотитель метана: его хорошо аэрированные почвы фактически потребляли больше метана из воздуха, чем выделяли. Выпасаемая пастбищная территория была умеренным источником метана, тогда как возделываемая пашня находилась примерно в нейтральном состоянии или слегка поглощала метан — вероятно, потому что вспашка и другие нарушения разрыхляют почву и разрушают устойчивые, бедные кислородом карманы, где процветают метанообразующие микробы.

Другой газ с более тихим, но серьёзным эффектом

Закись азота рассказала более сдержанную историю. Все четыре участка, от леса до рисового поля, в целом были источниками этого газа, но объёмы были малыми и удивительно схожими между участками и годами. Закись азота образуется в процессе преобразования азота почвенными микробами, особенно когда вносят удобрения или навоз, добавляющие дополнительные питательные вещества. Однако в этом регионе уровни азота в почве были в целом низкими, а применение удобрений скромным, что, по‑видимому, ограничивает производство закиси азота. Всплески дождей в начале влажного сезона иногда вызывали кратковременные пики, когда долго сохшая почва внезапно увлажнялась, но эти импульсы не приводили к большим сезонным различиям между типами землепользования.

Вода и тепло как скрытые регуляторы

Сравнивая замеры газов с условиями в почве, исследователи выявили, какие экологические факторы имеют наибольшее значение. Для метана ключевым контролирующим фактором оказалась влажность почвы, особенно на рисовом поле и пастбище. По мере увлажнения почв в течение дождового сезона эмиссии метана в целом росли, до уровня, при котором длительная насыщенность давала мощное производство. Температура почвы также играла роль, но в обратном направлении: более тёплая почва склоняла к снижению поглощения метана на более сухих участках и усиливала выделение на более влажных. В отличие от этого потоки закиси азота слабо коррелировали с влажностью или температурой почвы, что усиливает представление о том, что ограниченное снабжение азотом, а не только климатические факторы, сдерживает эмиссии.

Что это означает для сельского хозяйства и лесов

Для неспециалиста главный вывод таков: один и тот же дождь, падающий на разные типы полей, может приводить к весьма различным климатическим последствиям. В этой части Западной Африки дождевые рисовые чеки являются важными источниками метана, тогда как целостные саванные леса тихо удаляют часть метана из воздуха. Пастбища и сельскохозяйственные угодья занимают промежуточное положение, внося меньший вклад в метан, но при этом всё же выделяя закись азота. Хотя закись азота выделяется в небольших количествах, она чрезвычайно мощна, поэтому даже умеренные потери на почвах с низким содержанием азота имеют значение при переводе в эквиваленты углекислого газа. Исследование указывает на то, что сохранение лесов, бережное управление водным режимом в рисовых полях и избегание ненужного ухудшения почв могут помочь ограничить выбросы парниковых газов из суданской саванны, одновременно сохраняя продовольственное производство и средства к существованию.

Цитирование: Oussou, F.E., Kiese, R., Sy, S. et al. Soil nitrous oxide and methane emissions in contrasting land use of the West African Sudanian savanna. Sci Rep 16, 11398 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36221-x

Ключевые слова: почвы саванн, эмиссии метана, закись азота, сельское хозяйство Западной Африки, изменение землепользования