为了最准确地计算产品对环境的影响，科学家们查看了产品从摇篮到坟墓的整个生命周期。这是一个被称为生命周期评估 (LCA) 的宏大计算，温室气体排放是一个关键组成部分。
对于玉米乙醇，大多数温室气体排放可以映射到燃料的生产、运输和燃烧，但温室气体计算的很大一部分可以追溯到农场。然而，由于隐私问题，科学家无法访问个人农场管理决策，例如肥料类型和比率。
氮肥数据是计算的重要部分，因为这些肥料的一部分最终以一氧化二氮的形式进入大气，一氧化二氮是一种强效温室气体。玉米氮肥数据可在国家和州一级公开获得，但科学家们认为，这种分辨率水平掩盖了全国各地农场实际应用的情况，并可能导致玉米乙醇的 LCA 不准确。
在伊利诺伊大学和美国能源部阿贡国家实验室的一项新研究中，研究人员开发了第一个县级玉米施氮数据集，显着提高了作物温室气体计算的准确性。
“拥有良好的数据对于促进共同讨论和增强对 LCA 的信心非常重要。我们已经看到一些使用非常粗略的数字进行生命周期分析的滥用，缩小了可能变化很大的大平均值。因此，即使县级水平仍然没有我们想要的那么精确，但达到这个规模是一项巨大的成就，”伊利诺伊州自然资源与环境科学系教授、该研究的合著者米歇尔·万德 (Michelle Wander) 说。学习。
Argonne 系统评估中心的首席环境科学家、该研究的合著者 Hoyoung Kwon 表示，该协议和研究结果将帮助农业和生物经济界更好地了解高分辨率氮肥数据对基于玉米的生物燃料 LCA 的影响.
“一氧化二氮约占与玉米种植相关的温室气体总量的一半，”Kwon 说。“现在我们可以区分县级与玉米种植相关的一氧化二氮排放量，并可以显示这些排放量随地点和耕作方式的变化有多大。”
负责分析并最近完成了 Wander 博士课程的 Yushu Xia 使用了两种方法来确定县级氮肥和粪便的使用量。
第一种，夏称之为自上而下的方法，有点像用不同大小的块拼图。在县一级，她找到了氮肥和粪便投入的数据，但这些数据是所有作物的汇总数据，而不是玉米。州级数据集包括玉米的施肥面积，因此是县与州匹配的问题。州数据集还包括氮输入，但将它们汇总到各种肥料类型中。因此，数据验证或双重检查州和国家信息成为另一个难题。
“对于自上而下的方法，我们使用了来自化肥销售的数据，这些数据由美国植物食品控制官员协会汇编而成。所以我们假设这些数字是相对准确的;实际上有人买了那个氮气。玉树经过艰苦的努力，基本上像拼图游戏一样使用作物数据层来计算随着时间的推移有多少玉米在哪里以及在什么情况下轮作。然后还有粪便：有多少动物?他们在哪里?什么样的动物粪便和多少?这实际上是一种预算工作，试图找出什么是合理和真实的，”Wander 说。
夏的第二种方法从县级获取玉米产量、轮作和土壤特性，并根据实现该产量所需的氮量估算氮投入。比较这两种方法的结果告诉夏农民正在施用超过需要的氮。
“在全国范围内，基于玉米种植面积的玉米氮投入加权平均值超过了每公顷 60 公斤的氮需求，美国 80% 的玉米生产县都发现氮过剩，”夏说。
过量施用在中西部最为明显，其次是北部平原。东南和西北地区的氮肥施用率和过剩水平相对较低。西方国家总体上变化更大。
夏说，这项技术除了可以估算一氧化二氮的排放量之外，还可以发挥作用。
“我们的方法还可用于估算氮浸出、氨排放、其他温室气体排放或水和碳足迹。这些数据改进确实有助于创建和利用更好的生态系统模型和生命周期分析。”
Kwon 表示，国家层面的政策制定者可能会使用这种新方法。
“EPA 的国家温室气体清单报告目前使用州级氮肥数据来生成国家对化肥中一氧化二氮排放的估计。如果他们应用这些高分辨率的县级数据，他们就可以在全国范围内细化这些数字。”
结果还可以帮助农民做出更明智的管理决策。
“现在化肥价格飞涨，因此由于我们的结果表明，一些农民过度施用了多达三分之一的氮，他们可能会退缩一点并节省一些钱，”万德说。
