Emisiile curente si viitoare de oxid de azot din agricultura Africana

Majoritatea estimarilor gazelor de protoxid de azot(N2O) din sere din cadrul agriculturii Africane la nivel continental sunt bazate pe factorii emisiilor, cum ar fi aceia dezvoltati conform principiilor IPCC. Aici va vom prezenta estimarile din Africa din baza de date EDGAR, ce deriva din factorii de emisie IPCC. Estimarile ce rezulta indica faptul ca emisiile N20 din agricultura reprezinta 42% din totalul emisiilor din Africa (desi se ridica la 71% daca includem incendiile din savane si pasuni), sau aproximativ 6% din emisiile antropogenice globale (sau 11% incluzand incendiile). Emisiile din agricultura Africana sunt dominate de cele de la erbivore; 74% din N2O agricultural, excluzand biomasa ce a ars a provenit din padocuri ferme si pasuni. Emisiile directe ale solului reprezinta 15% din emisiile agriculturale; schimbarile substantiale din cadrul emisiilor directe din Nordul Africii au ajutat la cresrerea cu 47% a emisiilor solului din 1970 pana in 2005. Tendintele viitoare bazate pe scenariile Millennium Ecosystem Assessment indica faptul ca emisiile N2O agriculturale s-ar putea dubla in Africa pana in anul 2050, plecand de la nivelurile din 2000. Orice estimari regionale sau continentale pentru Africa sunt, totusi, in mod necesar limitate de o lipsa a masuratorilor directe in ceea ce priveste emisiile factorilor si a altor ipoteze implicite despre ciclul azotului in agricultura Africana. In particular, o mai buna intelegere a intrarilor azotului legate de erbivore si a emisiilor N2O va ajuta la imbunatatirea estimarilor regionale si continentale. Deoarece utilizarea fertilizatorilor creste in Africa sub-Sahariana, estimarile emisiilor ar trebui sa ia in considerare cateva elemente neobisnuite ale agriculturii Africane: practicile fermierilor ce sunt fundamental diferite fata de practicile fermelor la scala mare, lunga istorie a epuizarii azotului din pamanturile agricole, impulsurile emisiilor sezonale, si factorii de emisie ce variaza in functie de cantitatea de azot adaugata.IntroductionAgricultura este cea mai mare sursa de protoxid de azot (N2O), unul din cele mai importante 3 gaze de sera [1]. In general, emisiile de N2O, ce sunt produse nu numai in timpul denitrificarii dar si in timpul nitrificarii [2], sunt mai ales influentate de disponibilitatea azotului (N) si umezeala solului, iar la scala mai mica de factori cum ar fi temperatura, pH, si disponibilitatea carbonului redus [3]. In sistemele de productie agricola, intrarile de azot anorganic si organic reprezinta o sursa de amoniu si azotat pentru nitrificare si denitrificare, pe cand nivelurile crescute de umezeala a solului asigura conditiile anoxice necesare pentru denitrificare si incetinesc difuzarea oxidului de azot (NO) prin sol, creand viitoare oportunitati pentru reducerea sa la N2O. Aplicarea fertilizatorilor N si productia animala reprezinta aproximativ 60% din emisiile globale de N2O din agricultura [4]. Din anul 1970, emisiile de N2O au crescut in principal ca rezultat al utilizarii crescute al fertilizatorilor minerali la nivel modnial [5] dar in Africa, intrarile de azot prin intermediul fertilizatorilor sintetici N se afla printre cele mai scazute din lume, reprezentand 3% din consumul global de fertilizator [6]. Continentul African si Africa sub-Sahariana (SSA) in particular, aduce o contributie mica la emisiile globale de gaze de sera provenite din agricultura: s-a estimat faptul ca Africa produce numai 15% din emisiile globale de N2O din solul agricol si 3% din emisiile de la sistemele de productie animala [7].Partial, ca si consecinta a intrarilor extrem de scazute de fertilizator in Africa (o medie de 8 kg nutrienti comparat cu 100 kg N in Statele Unite si 220 kg N in China), inlaturarea azotului prin recoltarea culturilor si a eroziunii din timpul ultimelor decenii a dus la un echilibru negativ de nutrienti, un randament al recoltelor aflat in scadere, si prin urmare a unui consum insuficient de hrana pentru a intalni recomantarile dietetice de protenine si energie. In prezent 250 de milioane de oameni in SSA, 30% din totalul populatiei africane este cronic subnutrita [10]. Intrari mai mari de azot in sol sunt urgent necesare pentru a satisface nevoile de baza ale populatiei africane aflate in crestere. Aceasta crestere in intrarile azotului este probabil sa fie cea mai mare perturbare a ciclului azotului in Africa in urmatoarele decenii. Un impact inevitabil al cresterii intrarii de azot este cresterea directa si indirecta a emisiilor de N2O, desi magnitudinea acestor emisii poate fi influentata de conditiile mediului inconjurator (cum ar fi retinerea de azotat in locurile de schimb anionic in subsolurile anumitor tipuri de sol in SSA) sau practicile de gestiune (cum ar fi tintirea spatiala si temporala a aplicarii fertilizatorilor la cerearea de plantare la cresterea valorilor de asimilare a azotului si reducerea pierderilor fata de mediul inconjurator) [11-13].Numeroase succese recente au pavat drumul catre o expansiune dramatica a untilizarii fertilizatorilor in SSA, ce a luat avant odata cu strigatul lui Kofi Annan pentru o Revolutie Verde(ecologica) Africana. In Malawi, un program national de subventii ce asigura proprietarilor de ferme mici vouchere pentru fertilizatori si seminte mai bune a rezultat in mod consistent in dublarea productivitaii nationale a recoltelor de cereale, si a ajutat la tara sa faca o schimbare in productia de porumb ajungand de la un deficit la surplus [14]. Proiectul Millennium Villages, care promoveaza de asemenea si utlizarea fertilizatoarelor subventionate, a demonstrat faptul ca in combinatie cu o varietate imbunatatita si servicii de extindere, cresterea aplicarii de azot (dupa interventie valorile aplicarii pentru porumb variau de la 45 la 130 kg N in diferite sate) poate dubla si tripla rapid randamentul culturilor de porumb de-a lungul SSA [, 16]. Implicatiile acestei aplicatii crescute ale intrarilor de azot in sistemul agricol din Africa pentru emisiile de N2O sunt inca intelese doar partial. De exemplu, nu exista studii publicate despre Africa examinand functiei raspunsului legand emisiile N2O cu cresterile incrementale in intrarile de azot (ex. []).Estimarile curente ale emisiilor de N2O din agricultura Africana la nivel national, regional si continental sunt in mare masura bazate pe principiile IPCC [7, 18], care ignora implicit caracteristici importante ale solurilor africane si practicile de management ale fermelor mici, ambele putand altera in mod substantial emisiile. Au fost facute eforturi pentru a imbunatati estimarile, aplicand modele statistice si bazate pe proces [,20,21]. Totusi, aceste estimari sunt adesea impiedicate de lipsa datelor necesare ca intrari de baza pentru aceste modele, si prin numarul relativ mic de masuratori efectuate asupra emisiilor din SSA. In particular, observatiile disponibile de la statia meteorologica din Africa sub-Saharana (e.g. [22]) sunt deteriorate nu mari si numeroase lipsuri, iar actualele harti ale solurilor sun in general bazate pa masuratori de profil rare si de multe ori incomplete ale solului, in particular in comparatie cu tarile vestice [23]. Deoarece disponibilitatea azotului si umezeala solului sunt deteminanti majori ai emisiilor de oxid de azot [24-26] si sunt legate de proprietatile de baza ale solului, aceste date lipsta fac estimarea regionala a emisiilor N2O dificila.In acest articol vom analiza cateva estimari deja existente ale trendurilor curente si viitoare in intrarile de azot si emisiile de N2O din agricultura africana. Apoi vom discuta limitarile metodelor de estimare pentru Africa si de ce este nevoie pentru a adresa aceste limitari.Tendintele intrarilor de azot si emisiile de protoxid de azotSursele curente si valoriAgricultura este o sursa de N2O prin emisiile directe si indirecte din sol. In primul rand, productia de N2O de bacterie in terenurile agricole creste in general din solurile unde este adaugat azotul, cunoscute ca emisii directe din agricultura. In plus, pierderile de azot din sistemele agricole prin degajare, pierdere, erosiune, sau emisiile de amoniac sau NO pot rezulta in producerea de N2O in locatii izolate, fapt cunoscut in general ca emisii indirecte.Va prezentam emisiile de N2O din Africa sub forma sumei inventarului national de N2O pentru anii 1970 si 2005 asa cum au fost adunate in Data de Baze a Emisiilor pentru Cercetarea Atmosferica Globala (EDGAR) [27,28]. Baza de date EDGAR urmareste principiile IPCC 2006 si foloseste un set consistent de factori de emisie pentru estimarile emisiilor de N2O din agricultura, energie, transport si industrie. Pe baza acestor calcule, Africa a contribuit cu 15.5% din totalul emisiilor globale antropogenice de N2O in anul 2005 (1500 Gg N2O). Agricultura a contribuit cu aproximativ 42% din emisiile de N20 din Africa, desi acest total se ridica la 71% daca toate emisiile din campiile si savanele ce au ars sunt incluse (Tabelul 1).Sursele de origine animalaCea mai mare sursa de emisii agricole au fost erbivorele; combinate cu emisiile de la padocuri,ferme si pasuni se ajunge la 74% din totalul emisiilor de N2O din agricultura Africana, excluzand arderile din savane si campii; emisiile de la managementul ingrasamantului in ferme (incluzand manipularea, inmagazinarea si aplicarea) au constituit inca 3% (Tabelul 1).Emisiile de la (mai putin gestionate) exploatatia de animale in tropice in general sunt de asteptat sa fie mai mici decat acele (intens gestionate) exploatari din ecosisteme temperate [29], si se poate sa existe motive sa fim precauti in privinta estimarilor EDGAR. Emisiile de N2O de la productia de animale sunt in mare masura determinate de sistemul de gestionare al ingrasamantului, rata excretiei azotului, densitatea animala, tipul de animale si procentul de azot pierdut ca N2O (care este independent de regiune) [29]. Emisiile masive din pasuni comparativ cu gestionarea ingrasamantului este in mare masura datorita utilizarii de EDGAR a principiilor IPCC 2006 pentru alocarea ingrasamantului la diferete sisteme de gestiune: 83-100% din ingrasamant este alocat categoriilor de padocurir, ferme si pasunr in Africa, dar doar 1-5% este alocat pentru gestionarea ingrasamantului.Este posibil sa fie nevoie sa reevaluam valorile de excretie N folosite de EDGAR. Desi continutul de azot in ingrasamant este de obicei in tropice raportat la a fi mai putin de 1/3 precum si in ecosistemele agricole temperate. De exemplu, cele mai recente principii IPCC estimeaza ca 0.60 kg N este pierdut la fiecare 1000 kg de lactate de origine bovina in Africa, dar numai 0.35-0.48 kg N in Europa de Vest. Studiile recente sugereaza ca valorile estimate ale excretiei de azot trebuie revizuite. Vacile din Suedia excretau azot la valori de 2-6 ori mai mari decat vacile din Kenya sau Mali [30]. Valorile standard ale IPCC 2006 reprezinta de asemenea o schimbare puternica fata de principiile din 1996, in care lactatele de provenienta bovina din Europa de Vest si America de Nord excretau aproximativ 100 kg N comparat cu 60 kg N in Africa, desi acestea ar putea fi tot prea mari pentru Africa [30,31].Densitatea vitelor in TLU tinde sa fie scazuta in Africa, variind de la 0 la 5 in sistemele pastorale in regiunile aride/semi-aride pana la 35-55 TLU in zonele temperate/tropicale [30]; densitatile sunt mult mai ridicate in alte parti ale lumii (ex. 2 oi [32]). Densitatile scazute din Africa sunt de asteptat sa contribuie la valorile relativ scazute de emisii pe unitate de suprafata (desi sursele cheie de vaci (ex.ingraditurile) pot deveni sursa dominanta de N2O [32] dar EDGAR nu se ocupa de acest nivel de detaliu spatial). Dar cand s-a calculat la nivelul unitatii de suprafata folosind calsificarile de utilizare a pamantului FAO, media EDGAR a valorilor emisiilor din pasunile Africane (0.16 N2O-N ) sunt aproximativ egale cu emisiile pasunilor din America de Nord si Europa (0.16 si respectiv 0.17 N2O-N ) [33]. In contrast, emisiile observate din gestionarea intensiva a pasunilor nefertilizate pentru productia de lactate in tarile vestice au aratat ca valorile emisiilor ce variau intre 1 si 2 nivele de magnitudine mai mari decat cele medii [34-35], desi mai sunt si altele ce variaza de la aproape egal cu cele medii pana la de 4 ori mai mari [36]. Masuratori comparabile nu au fost publicate pentru zone din SSA.Gestionarea ingrasamantului in ferme poate avea o mica contributie la emisiile de N2O din cadrul agriculturii Africane din mai multe motive. Valorile aplicarii pot fi chiar scazute din cauza ca vacile pot paste in mod dispersat, facand colectarea de ingrasamant dificila comparativ cu alte operatiuni mai intensive, iar fermierii din anumite regiuni rar folosesc ingrasamantul natural pe post de fertilizator [12,30,37]; Liu et al. estimeaza ca ingrasamantul natural reprezinta 15% din intrarile de azot in culturile din Africa [38]. Odata colectat, azotul substantial poate fi pierdut din ingrasamant in timpul inmagazinarii, rezultand in valori mai scazute de azot aplicat pamanturilor [30,39]. Pierderile din timpul inmagazinarii reprezinta in principal emisii de amoniac (ce poate duce indirect la emisii de N2O), asa cum a fost observat pentru inmagazinarea balegarului in Niger [40].Alte surse si scurgeriArderile din cadrul savanelor si pasunilor reprezinta o sursa aditionala substantiala de emisii de N2O in Africa, aproape echivalenta cu emisiile de la vite, in mare masura putand fi atribuite pregatirii terenului (Tabelul 1). Arderea deseurilor agricole este cea mai mica sursa de N2O din agricultura din Africa, care la 1.54 Gg este mai mic decat emisiile de la gestionarea ingrasamantului natural.Conform bazei de date EDGAR, emisiile directe ale solului din agricultura africana compromit 15% din totalul emisiilor agricole de N2O, excluzand arderile si au crescut liniar, de la 42 Gg in 1970 la 95 Gg in 2005, mai ales din cresterile din Africa de Nord (Tabelul 1). Emisiile directe relativ mici pot fi atribuite valorilor extrem de mici de fertilizator anorganic utilizat in aproape toata Africa sub-Saharana []. Liu et al. estimeaza ca din intrarile antropogenice de azot in terenurile agricole africane, 60% este din fixarea naturala a azotului (2.2 Tg ), 10% din depunerile atmosfericem 15% din ingrasamantul natural de origine animala si 12% din reziduurile culturilor [38]. Principiile IPCC indica faptul ca emisiile de N2O din productia de boabe de soya sunt neglijabile, dar exista indicii ce sugereaza ca cultivarea altor legume folosite pentru a spori nivelul de azot din sol poate rezulta in emisii de N2O mai mari decat emisiile rezultate din aplicarea fertilizatorilor minerali [24, 41]. Studii mai complete sunt necesare, cu fertilizatori minerali si intrari organice pe diferite tipuri de sol si valori diferite de determinare a rolurilor relative ale fertilizatorilor minerali si organici precum si BNF in emisiile N2O, in special cum intrarile de azot incep sa creasca (ex. [24,24,42]).In Africa, majoritatea azotului adaugat peisajului din orice sursa este estimat a se pierde prin emanare [43], facand raurile si zonele riverane surse indirecte importante de emisii N2O []. Majoritatea studiilor indica faptul ca emisiile agricole indirecte de N2O pot fi aproximativ 25% din emisiile agricole globale [40-43,,45-47]. Aceste estimari EDGAR, sugereaza totusi ca emisiile indirecte de N2O din Africa reprezinta doar 8% din totalul emisiilor agricole africane din 2005.Anumite soluri pot fi folosite ca scurgere a emisiilor de N2O in anumite timpuri, in special in conditii de ploaie si inundatie, desi nu suficient pentru compensa emisiile la o scala regionale [48,49]. Stocurile nationale pentru tarile africane si baza de date EDGAR nu considera solurile a fi o scugere pentru N2O deoarece intelegerea noastra a puterii scurgerii a solurilor africane este bazata pe foarte putine studii. Un studiu in Mozambique [48] sustine ca nivelul de asimilare al solului este la 0.0087 kg N si indica faptul ca 7-18% din totalul emisiilor de N2O poate fi consumat prin procesele solului.O descriere si cunatificare a incertitudinii din EDGAR 4.0 este in curs de realizare, dar nu a fost inca publicata [28]. Incertitudinile in ceea ce priveste factorii de emisie pentru animalele ce pasc si pentru emisiile indirecte s-au dovedit a avea un mare efect asupra estimarii emisiilor de N2O la nivel global; de exemplu, estimarea variatiei de azot pierdut din ingrasamant natural precum N2O cuprinde aproape 2 ordine de magnitudine [49], si incertitudinile IPCC in ceea ce priveste estimarile de valorilor azotului excretat sunt 50% [18]. Rolul dominant atribuit emisiilor de N2O de la bovinele din Africa subliniaza importanta reducerii acestor incertitudini pentru imbunatatirea estimarii emisiilor contintentale.Viitoarele tendinte in crestesrea intrarilor de azot in agricultura africanaCrescand intrarile de azot pentru a intensifica productia agricola si a satisface nevoia de hrana din Africa sub-Sahariana ar trebui sa rezulte in cresterea emisiilor de N2O [7,10]. Aici va prezentam cateva proiectii ale intrarilor de azot si implicarile pentru emisiile de N2O din 2050 de la Evaluarea Ecosistemelor Millennium (MEA) [50,51]. Cele patru scenarii MEA includ: Orchestrarea globala (GO), Ordine prin Putere (OS), Gradina-Techno (TG) si Adaptarea Mozaicului (AM). Aceste difere in privinta ideii daca globalizarea este presupusa a fi tendinta domintanta (precum in GO si TG), sau regionalizarea (precum in OS si TG). In lumile(popoarele) globalizate, economiile din intreaga lume sunt mai deschise decat in lumile regionalizate. In plus, scenariile difera in presupusa abordare fata de managementul ecosistemului, ce poate fi proactiva (precum in AM si TG) sau reactiva (precum in GO si OS). Scenariile cu o abordare proactiva fata de managementul ecosistemului ori se concentreaza asupra unor solutii tehnice la scara mare (in lumea globalizata TG), sau la scala mai mica, solutii locale (in lumea regionalizata AM). Aceasta a avut consecinte pentru pozitia detinatorilor mici si producatorii la scala mare in agricultura.In toate cele patru scenarii, populatia africana si economiile au crescut [52,53]. In 2000, 796 de milioane de oameni locuiau in Africa cu un PIB mediu de 745 1995 US$ . Valorile de crestere difera in cele patru scnarii. In GO, de exemplu, se presupune ca populatia va fi pana in 2050 cu 80% mai mare decat in 2000 (1.4 milliarde) pe cand pe cap de locuitor PIB-ul se va fi triplat (2993 1995 US$ ). Pe de alta parte, in OS populatia creste mai rapid (la 2 miliarde) pe cand PIB-ul pe cap de locuitor se dubleaza (1488 1995 US$ ).Printre alte presupuneri, viitoarele scenarii prevad schimbari in dietele oamenilor in directia unui consum de carne sporit; in Africa, consumul de carne (proteina animala) pe cap de locuitor va fi crescut cu un factor de 2-3. Scenariile de asemenea presupun o crestere a procentului de porcine si a pasarilor de curte din totalul productiei de animale [52]. Ca rezultat al acestor presupuneri, productia animale precum si excretia ingrasamantului va creste in Africa. In plus, schimbarile agricole sunt vazute ca fiind rezultatul utilizarii mult mai eficienta a fertilizatorilor.Scenariile MEA au fost interpretate cantitativ pentru diferite continente pana la anul 2050 (Tabelul 2) [52]. Echilibrul de azot, estimat ca totalul intrarilor (fertilizator, ingrasamant natural, fixarea N2 si depunerea azotului) minus azotul inlaturat prin recoltare si pascut creste la nivel global in toate scenariile [52]. Pentru majoritatea regiunilor, totusi, echilibrul de azot scade in scenariile cu o abordare proactiva (TG si AM). Africa este o exceptie la aceste, inregistrand o crestere in toate scenariile. Aceste tendinte in echilibrul de azot din Africa rezulta din presupunerea ca degradarea terenurilor din cauza epuizarii nutrientilor este redusa sau inlaturata prin cresterea adaugarii de fertilizatori N si ingrasamant natural la pamantul agricol [52]. Exista de asemenea si cresteri in echilibrul de azot pe hectar in terenurile din Africa, si sunt relativ ridicate comparand cu alte regiuni ale lumii. In anumite parti din Africa de Nord cu agricultura intensiva, echilibrul de azot este comparabil cu cel din tarile industrializate.Efectul net al acestor presupuse tendinte este faptul ca in Africa, intrarile de azot in terenurile agricole (de la fertilizatori anorganici si ingrasamant natural) sunt de 1.5-6 ori mai mari in 2050 fata de nivelul din 2000. Aceasta este o schimbare importanta. In prezent, epuizarea azotului este o problema in multe parti ale Africii. Conform scenariilor MEA, epuizarea nutrientului activ va fi mai putin importanta in viitor ca rezultat al intrarilor de azot. Cresterea intrarilor de azot presupune si cresterea emisiilor de N2O in timpul secolului 21. Presupunand o relatie liniara intre intrarile de azot si emisiile de N2O (precum in majoritatea stocurilor de emisii), sustinem ca emisiile de N2O din agricultura africana aproape se va dubla pe parcursul urmatoarlor 4 decenii, depinzand de scenariu. Intr-adevar,modelul Modelului Integrat de Determinare al Mediului Inconjurator Global (IMAGE) anunta o crestere a utilizarii terenurilor legata de emisiile de N2O din Africa, crescand de la 300 Gg in 1970 la 800 Gg in 2010 si 1200 in anul 2050 [54].Consideratii in aplicarea diferitelor abordari a estimarii emisiilor in AfricaLimitarile principiilor de emisie IPCCDesi sunt foarte utile, exista limitari importante ale principiilor IPCC pentru aplicarea emisiilor de N2O din agricultura africana, asa cum am subliniat mai devreme in ceea ce priveste vitele. Principiile IPCC ne asigura un model de estimare al fluxurilor de N2O, bazata pe calcularea mediei valorilor emisiei: implicit, 1-2% din azotul adaugat se presupune a fi emis direct ca emisii N2O, si doar 1% este presupus a fi indirect ca emisii N2O din care azotul a fost transportat in afara fermei. Estimarile de sus in jos bazate pe schimbarile in N2O atmosferic sugereaza sa principiile IPCC subestimeaza emisiile actuale si indica in loc de aproape 4% din azotul atmosferic stabilit prin procese naturale sau industriale este pierdut sub forma N2O [55]. Totusi, evaluarea impotriva inregistrarilor atmosferice sugereaza faptul ca utilizand o variabila constata a emisiei nu reflecta in mod adecvat complexitatea fluxurilor de N2O biogenic, chiar si pentru rolul de estimare globala [56].Schimbarile recente in intelegerea noastra in ceea ce priveste intrarile de azot si emisiile de N2O la nivelul bucatii de pamant subliniaza mai departe limitarile aplicarii factorilor de emisie la scala larga, in particular in zone unde valori mult mai mici de azot sunt aplicate. Dovezile de montare sugereaza ca valoarea emisiilor de N2O din sol variaza non-linear fata de cresterea adaugarii de azot, cu un procent mai mic de azot adaugat pierdut ca N2O la valori mai mici de fertilizare si un procent mai mare pierdut la valori mai mari: studiile experimentale si la ferme in ecosisteme agricole temperate au demostrat clar praguri in reactia emisiilor de N2O fata de intrarile de azot, emisiile N2O crescand mult mai rapid odata ce intrarile de azot depasesc nevoile plantelor, in general mai sus de 100-135 sau 187 kg N in intrarea ridicata a ecosistemelor agricole mecanizate [,57,58]. In cercetarea culturilor, fertilizatorul anorganic este de obicei aplicat pentru a maximiza randamentul, in mod frecvent la valori de 100-150 kg , mult mai mult decat media actuala de 8 kg , sau chiar 70-80 kg , valori recomandate de multe tari din Africa sub-Saharana. Daca raspunsurile non-lineare observate in temperatura ecosistemelor agricole se aplica in Africa, ne putem astepta la un procent mai mic al azotului adaugat sa fie pierdut ca N2O fata de ce s-a observat in studiile folosite pentru a dezvolta factorii de emisie IPCC. Munca experimentala in Africa nu a inclus multiplele niveluri de intrari de azot necesare pentru a identifica un raspuns N2O non-linear, exceptand studiile in care schimbarile in cantitatea de azot aplicat a fost confundata cu forma azotului aplicat (ex. 24,59-61), studiile unde intrarile au fost aplicate numai la valori inalte de la 120 la 3800 kg N (excluzand astfel intreaga portiune de jos al curbei de raspuns tipic, ex [60,61]), si studiile unde valorile intrarilor de azot nu au fost raportate deloc (ex [42,62]) . singurul exemplu cu masuratorile emisiilor N2O de la multiple niveluri si un singur tip (anorganic) de fertilizator a inclus numai 3 niveluri de fertilizare, limitand intelegerea liniaritatii relatiei fertilizator-emisie [25].Valorile emisiilor din solurile cultivate poate de asemenea fi influentat de felul in care aplicarea fertilizatorului este efectuat si masurat in functie de nevoile plantei. Factorii de emisie IPCC pot fi influentati in mod substantial de metodele de aplicare a fertilizatorilor in studiile utlizate pentru calcularea factorilor de emisie. Detinatorii de ferme mici di Africa sub-Sahariana aplica fertilizatorul printr-o aplicatie divizata (pentru a respecta nevoile plantei), si pozitioneaza fertilizatorul strategic: in gaura samantei la plantare, si imediat adiacent la fiecare planta cand ajunge la suprafata. Aceste practici intentioneaza sa sincronizeze disponibilitatea azotului cu nevoia plantei de azot pentru a creste utilizarea eficienta a azotului si pentru a reduce mai departe procentul de azot aplicat si perdut sub forma de N2O sau sub alte forme.Un alt considerent in ceea ce priveste factorii de emisie IPXX in Africa este faptul ca acestia au fost creati bazandu-se pe masuratori ale emisiilor de NO si N2O deja existente, putine fiind efectuate in ecosisteme tropicale si aproape niciunul in Africa. Africa sub-Sahariana este in mod particular slab reprezentata, cu toate studiile folosite de IPCC efectuate in Sudul Africii si Zimbabwe [45,63] si numai unul- un studiu al emisiilor NO- efectuat intr-o zona agricola [26]. Doar un studiu al emisiilor N2O din Africa sub-Saharana a fost utilizat, de la o savana naturala, nefertilizata.In general, putine masuratori au fost efectuate pentru emisiile de N2O din solurile aflate in sistemul agricol sub-saharian, si multe dintre acestea ce au fost efectuate ofera o imagine incompleta a efectelor diferitelor tipur de gestiune agricola ce urmareste azotul in emisiile de gaz, sau fluxul reactiei la intrarile de azot. Intre studiile ce masoara direct emisiile de N2O in sitemele agricole sub-Sahariane, majoritatea au examinat efectele urmarile leguminoaselor si copacilor fata de emisiile N2O, incluzand cateva studii de laborator (ex. [65]) pe cand altele au examinat diferite optiuni de fertilizator [25] comparand savana hranita de ploaie cu plantatia irigata Acacia [66] sau au examinat fluxurile intrarilor ridicate ale gradinilor vegetale urbane [58].Factorii de emisie pot fi un mod eficient de a compara pierderile de N2O din agricultura in regiuni diferite, dar estimand factorii de emisie anuala pentru aceste studii este dificil, avand in vedere ca doar 3 studii in Africa au efectuat masuratori pe parcursul unui an intreg [25,61,62]. Masuratorile ce nu se extind in afara sezonului prezent de crestere prezinta probleme particulare in sistemele natural uscate, unde emisiile sunt in general de asteptat sa fie scazute pe perioada sezonului uscat si unde variatiile asociate cu precipitatiile din sezonul umed timpuriu pot fi responsabile pentru o proportie substantiala a urmelor anuale de azot din fluxul gazelor [67]. Emisiile de N2O au atins aproape 60 g N din variatia sezonului uscat de -0.2 la 3.4g N in recoltele de cereale din Mali [62], si au depasit 150g N din timpul pulsatiilor din sezontul timpuriu in savana Burkina Faso. In consecinta, studiile in care masuratorile nu sunt suficient de frecvente incat sa surprinda pulsatiile, in care frecventa si sincronizarea masuratorilor rezulta in niste valori ale fluxului ce sunt influentate in mod disproportionat de masuratori ale pulsatiilor emisiilor sau in care perioada de esantionare exclude sezonul uscat sau inceputul sezonului ploios este improbabil sa descrie cu acuratele emisiile anuale. Dar presupunand ca perioadele masurate sunt reprezentative pentru valorile emisiilor de-a lungul anului, factorii de emisi sunt in general la limita inferioara a variatiei de 0.0-7.8% observata in studiile din jurul lumii [68], cu mai putin de 1% din azotul adaugat estimat sa fie emis sub forma N2O in multe cazuri (ex. [24,25,42,59,60]) . Exista si exceptii, totusi, care includ 2 sau 3 studii ce au efectuat masuratori de-a lungul intregului an. In gradinile vegetale cu intrari mari (473-3816 kg N , pierderile variaza intre 1.6% si 5,2% de azot adaugat anual [61], iar in culturile de Pearl Millet(tip de cereale) in Mali, 4,1 \% din azotul adaugat in 50 kg tratament pentru uree s-a pierdut ca N2O in primul an [62]. Intr-un stduiu despre agrosilvicultura din terenurile de porumb din Kenya, adaosurile de 115 kg N si 214.6 kg N de la legume au rezultat in perderea in 84 de zile a mai mult de 1.49% si 1.82% din azotul adaugat, desi valori mai mari de azot organic adaugat au avut ca rezultat factori de emisie mai mici: 0.45-0.56% [60].Alti factori ai solului din Africa pot afecta emisiile. Capacitatea de absorbtie a azotatului poate reduce emisiile N2O in comparatie cu solurile ce nu au aceasta proprietate: daca azotatul este retinut in subsol in loc sa fie emis in apele subterane (ex. [13]), acesta poate fi indisponibil pentru denitrifieri. lunga istorie a epuizarii nutrientilor si pierderea materiei organice a solurilor agricole din regiunea sub-Sahariana ar putea de asemenea sa produca reactii diferite de emisii la intrarile de azot in sisteme le temperate sau bine gestionate [62]. Exista cateva studii ce investigheaza efectele solurilor epuizate de emisiile de gaz, dar exista cateva speculatii: exista posibilitatea ca plantele si asimilarea microbiala sa fie mai complete in solurile unde rezervele de nutrienti sunt limitate; in mod alternativ, este de asteptat ca aceste soluri sa duca lipsa de capacitatea de a retine in mod eficient azotul (ex. Lipsa populatiilor microbiale ce sunt capabile de imobilizarea a mari cantitati de azot), si pot rezulta in pierderi mult mai mari. Este de asemenea posibil ca denitrificare solurilor scazute in SOC poate duce la N2 cu adaugari de C instabil si N [62], sau ca acele soluri scazute in SOC (si o capacitate mica de absorbtie a apei) poate provoca emanari mai mari de azotat. Toti acesti factori fac anticiparile si estimarile greu de efectuat pentru soluri cu aceste caracteristici, avand in vedere datele disponibile.Aplicare modelelor statistice si bazate pe proces in contextul africanMulte din limitarile valorilor standard IPCC pentru emisiile N2O pot fi de asemenea aplicate si la abordarea estimarilor altor emisii cum ar fi modelele statistice si bazate pe proces al urmelor grobale de azot in emisiile de gaze. Modelele bazate pe proces au fost aplicate la nivel global pentru a estima emisiile de N2O din agricultura, incluzand emisiile din Africa. De exemplu, DAYCENT a fost folosit pentru a evalua emisiile de N2O din porumb, grau si boabe de soya, folosind practici de gestionare pentru reducerea emisiilor de gaze de sera [69], pe cand Modelul Ecosistemului Terestrial a fost folosit pentru a evalua impactul a diferite scenarii a utilizarii biocombustibilului pentru emisii []. Factorii simpli de emisi au fost de asemenea aplicati, aratand potentialul intensificarii agriculturii pentru a preveni extinderea agriculturii in habitatul natural, rezultand in emisii de gaz de sera nete mai mici [70]. Deoarece valoarea acestor modele este dependente de datele ce le conduc, disponibilitatea scazuta a multor date pentru Africa reprezinta o adevarata provocare ; de exemplu simularile din Africa a Modelului Ecosistemului Terestrial sunt bazate pe parametrizari din America de Sud (David Kicklighter, comunicare personale). Eforturile continue pentru construirea unei harti digitale de inalta rezolutie a solurilor din Africa este un pas inainte foarte important [71], si ar fi si mai valoroase pentru modele, daca ar fi grupate cu accesul sporit la observatiile statiilor meteorologice, si informatii spatiale explicite, imbunatatite despre practicile de gestionare agricolaConcluzii In acest articol am revizuit estimarile emisiilor curente si viitoare din agricultura din Africa. Aceste emisii au tot crescut in ultimii 30 de ani si viitoarele scenarii sustin ca aceasta tentinda va continua odata cu cresterea intrarilor de azot in terenurile agricole. Aceste estimari de N2O sunt bazate pe principiile IPCC, si desi ofera niste estimari initiale, valorile standard actuale si presupunerile IPCC probabil nu vor putea estima cu acuratete emisiile din Africa. Per total, este evident ca exista lipsuri importante de cunostinte si date ce trebuie adresate pentru a imbunatatii estimarile curente si viitoare ale emisiilor de N2O, cu imbunatatiri in estimarea diverselor contributii aduse emisiilor de catre animale, acestea fiind de o importanta deosebita pentru o regiune unde utilizarea fertilizatorilor a fost mereu scazuta. Totusi, estimarile imbunatatite a emisiilor directe ale solului din utilizarea fertilizatorilor vor fi exponential importante pentru estimarea emisiilor condinentale daca Africa sub-Sahariana va suferi schimbari in ceea ce priveste utilizarea si gestionarea pamantului asociate cu inmugurirea Revolutiei Verzi.Desi incertitudinile formale in ceea ce priveste baza de date EDGAR inca sunt pregatite, noi am identificat cateva incertitudini de baza in bugetul african de N2O legate de o varietate de factori: proportia si natura intrarilor de azot (care depinde de asemenea de estimarile zonei de terenuri agricole, gestionarea culturilor si populatia de animale si densitatea, fiecare din acestea fiind incarcate cu propriile incercitudini), relatia de baza dintre intrarile de azot si emisiile N2O (in particular cele cu valori scazute de azot aplicat in prezent pe continent), reactia emisiilor de N2O fata de solurile epuizate de azot si solurile cu potential ridicat de retinere a azotatului in diferitele tipuri de argila, si poate importanta potentiala a solurilor cu efect de scurgere. Aceste incertitudini pot fi reduse doar crescand numarul masuratorilor de teren din Africa. Eforturi precum proiectul de digitalizare a hartilor solurilor din Africa apartinand Serviciului African de Informatie a Solului va oferi informatii esentiale pentru modelatori, dar mai mari eforturi pentru imbunatatirea datelor deja existente (ex. Observatiile meteorologice) si completarea datelor decisive si a lipsurilor de cunostine este esential. Avand in vedere numarul relativ mic de studii existente pentru continent, eforturile coordonate ale cercetatorilor atat de origine africana cat si internationala sunt necesare pentru a imbunatati estimarile emisiilor de N2O de pe continent, precum si imbunatatirea intelegerii generale a dinamicii azotului din Africa. O abordare ierarhica interdisciplinara formata din masuratori strategic proiectate, observatii, experimente si simulari mici bucati de pamant, ferme, peisaje,bazine hidrografice , la scala regionala si continentala,pot fi o abordare puternica pentru intelegerea fluxurilor si ciclului azotului din agricultura si de provenienta animala din mediul inconjurator african.MultumiriDorim sa multumim celor doi referenti anonimi, ale caror comentarii au fost de mare ajutor pentru imbunatatirea acestui manuscris.

Tabelul 1Emisiile regionale de N2O din solurile agricole, emisiile agricole indirecte, gestionarea ingrasamantului natura, pasuni/ferme/padocuri, arderile de savana si pasuni din Africa de Nord si Africa sub-Saharana (partea estica, vestica si sudica) pentru anul 2005 si emisiile globale de N2O pentru anii 1970 si 2005 (EDGAR V.4.1). Scaderile regionale din Africa de Vest si Sud sunt in mare datorate scaderilor de arderi de savana. Cresterile din Africa de Est sunt in special datorate emisiilor de la pasuni/ferme/padocuri de peste 50%.

Tabelul 2Echilibrul azotului la nivel global si pentru Afica. Rezultatele sunt prezentate pentru anii 1970 si 2000 si pentru scenariile Millennium Ecosystem Assessment pentru anul 2050: Orchestrarea globala (GO), Ordine prin Putere (OS), Gradina-Techno (TG) si Adaptarea Mozaicului (AM).