Рамочная методика оценки баланса азота в навозе и потенциала его переработки для текущих и будущих условий в США

Преобразование сельскохозяйственных отходов в скрытый ресурс

По всей территории Соединённых Штатов ежегодно образуются огромные объёмы животного навоза в ходе выращивания крупного рогатого скота, свиней и птицы для мяса и молока. Навоз богат азотом — ключевым питательным элементом, необходимым для роста культур. Тем не менее большая его часть теряется, тогда как фермеры покупают большие объёмы синтетических удобрений, произведённых с использованием ископаемого топлива. В этом исследовании поставлен простой, но важный вопрос: какая доля навоза реалистично может быть возвращена на поля сегодня и в будущем и что это будет означать для производства продовольствия и уровня загрязнения?

Почему подсчёт питательных веществ так запутан

Исследователи давно пытались измерить «баланс навоза» в сельскохозяйственных системах — хватает ли навоза питательных веществ для удовлетворения потребностей культур или, наоборот, его недостаточно. Но в прежних работах использовались разные допущения о том, какая доля навоза может быть собрана, сколько теряется при хранении и насколько эффективно культуры используют азот. В результате оценки по США сильно разнились — от небольшого избытка до крупного дефицита. Авторы этой статьи пересчитали шесть таких методов на одних и тех же национальных данных и показали, что разногласия в основном связаны с несогласованными определениями, а не с самими данными. Эта непоследовательность затрудняет для политиков и фермеров понимание, где навоз может безопасно заменить удобрения, а где — нет.

Более прозрачная методика переработки навоза

Чтобы развеять путаницу, команда предлагает новую методику, выстроенную вокруг нескольких чётко определённых показателей. С точки зрения навоза они различают три уровня: общий азот, выделяемый животными в условиях содержания; та часть, которую можно было бы восстановить при существующих технологиях сбора и хранения; и меньшая доля, которая по опросам фактически вносится на поля сегодня. С точки зрения культур они оценивают, сколько азота растения действительно требуют с учётом естественных источников — азотфиксирующих растений, дождевой и ирригационной воды. Затем они рассчитывают потребность культур при текущих практиках земледелия и в улучшенном сценарии, где культуры используют азот более эффективно.

Насколько велика разница сегодня?

Применение этой методики к смежным штатам США показывает, что использование навоза значительно уступает потребностям культур. Лишь около одной пятой азота, выделяемого содержимыми животными, в настоящее время вносится на пахотные земли. Сопоставление этого с требованиями культур показывает крупный дефицит, который сейчас в основном восполняется синтетическими удобрениями. Даже при предположении полного внедрения современных лучших систем обращения с навозом дефицит сокращается лишь незначительно, потому что значительная часть азота всё ещё теряется или вовсе не собирается. Авторы также отмечают, что попытки фермеров покрыть больше потребностей за счёт только навоза часто приводят к чрезмерному внесению фосфора — ещё одного элемента, который при накоплении в почвах может вызывать загрязнение вод.

Что могут дать лучшие технологии и более продуманные способы ведения хозяйства?

Далее исследование рассматривает, что могло бы быть достигнуто при одновременном улучшении извлечения навоза и управлении посевами. Новые или более широко применяемые технологии могли бы позволить захватывать и использовать почти весь навоз от животных в содержании, значительно увеличив поступление питательных веществ из этого источника. Одновременно повышение эффективности использования азота растениями — до уровней, которые уже наблюдаются в некоторых хорошо управляемых системах — сократило бы их общую потребность в азоте. При сочетании этих двух стратегий национальное потребление синтетического азотного удобрения могло бы уменьшиться более чем вдвое. Однако поскольку навоз часто содержит больше фосфора, чем требуется культурам, часть избыточного навоза всё равно потребует специальных методов удаления фосфора или транспортировки в другие регионы.

Различные потребности в разных местах

Анализ по каждому округу страны показывает, что проблемы с навозом носят сильно локальный характер. Небольшое число округов с плотными животноводческими операциями уже имеют больше азота в навозе, чем их культуры могут безопасно использовать, и им необходимо вывозить питательные вещества или сокращать поголовье. Ещё несколько сотен округов могли бы, при улучшенном сборе навоза, его транспортировке или повышении эффективности посевов, полностью обеспечить свои потребности в азоте локально. Однако большая часть страны по-прежнему будет зависеть от некоторого количества синтетических удобрений, поскольку производство культур значительно превосходит местное численность животных. Сопоставление этих карт с конкретными вариантами управления — например, улучшение систем хранения, инвестиции в транспорт или перераспределение мест содержания животных — может помочь планировщикам и фермерам определять приоритеты действий.

Путь к более чистому и эффективному сельскому хозяйству

Для неспециалистов ключевое послание таково: навоз одновременно является проблемой и упущенной возможностью. При небрежном использовании он приводит к утечкам азота и фосфора в воздух и воду, способствуя изменению климата, смогу и образованию зон мёртвой воды в озёрах и прибрежных водах. При разумном использовании он может заменить значительную долю промышленно произведённых удобрений и поддерживать здоровье почв. Это исследование предлагает прозрачный способ измерить текущее положение и определить, чего можно достичь в настоящих и будущих условиях. Авторы делают вывод, что при наличии лучших данных, технологий и политик Соединённые Штаты могли бы превратить гораздо больше животного отхода в ценный ресурс, одновременно снижая расходы на удобрения и уменьшая загрязнение — однако навоз сам по себе не сможет полностью заменить синтетические удобрения, поэтому переработка питательных веществ и более разумное использование удобрений должны развиваться вместе.

Цитирование: Wang, Y., Zhang, X., Spiegal, S. et al. A framework for estimating manure nitrogen balance and recycling potential for current and future conditions in the USA. Nat Food 7, 260–271 (2026). https://doi.org/10.1038/s43016-026-01312-5

Ключевые слова: переработка навоза, баланс азота, синтетические удобрения, устойчивое сельское хозяйство, загрязнение питательными веществами