Zatímco znečištění uhlíkem se dostává do titulků kvůli své roli ve změně klimatu, znečištění dusíkem je pravděpodobně náročnějším problémem. Nějakým způsobem musíme vypěstovat více potravin, abychom nasytili rostoucí populaci, a zároveň minimalizovat problémy spojené s používáním dusíkatých hnojiv.
Jen v Evropě se náklady na životní prostředí a lidské zdraví způsobené znečištěním dusíkem odhadují na 70-320 miliard eur ročně.
Emise dusíku, jako je amoniak, oxid dusný a oxidy dusíku, přispívají ke vzniku pevných částic a kyselých dešťů. Ty způsobují lidem dýchací potíže a rakovinu a poškozují lesy a budovy.
Dusíkaté plyny hrají také důležitou roli při globálních změnách klimatu. Oxid dusný je obzvláště silným skleníkovým plynem, protože je více než 300krát účinnější při zadržování tepla v atmosféře než oxid uhličitý.
Dusík z hnojiv, odpadních vod z chovu hospodářských zvířat a lidských odpadních vod podporuje růst řas a způsobuje znečištění vody. Odhadovaný účet za škody ve výši 8,2 miliardy australských dolarů na Velkém bariérovém útesu je připomínkou toho, že naše rozhodnutí na půdě mají velký dopad na půdu, vodu a ovzduší níže po proudu.
Ztráty dusíku škodí také zemědělcům, protože představují snížení potenciálního růstu plodin nebo plýtvání hnojivy. Tento dopad je nejpalčivější pro drobné zemědělce v rozvojových zemích, pro které dusíkatá hnojiva často představují největší náklady na hospodaření. Snížení produkce v důsledku ztráty dusíku může představovat až 25 % příjmu domácnosti.
Řešení problému s dusíkem bude muset být výsledkem kombinace technologických inovací, politiky a opatření spotřebitelů.
Základní složka
Dusík je základním stavebním prvkem pro aminokyseliny, bílkoviny a DNA. Závisí na něm růst rostlin; zvířata a lidé ho získávají konzumací rostlin nebo jiných zvířat.
Plynný dusík (N₂) tvoří 78 % vzduchu, ale rostliny ho nedokážou využít. Hnojiva se obvykle vyrábějí z amoniaku, což je forma dusíku, kterou rostliny upřednostňují.
Set let poté, co nám vývoj Haber-Boschova procesu poskytl způsob výroby dusíkatých hnojiv, se naše poptávka po nich ještě nevyrovnala.
Spotřeba dusíkatých hnojiv vzrostla z 11 milionů tun v roce 1961 na 108 milionů tun v roce 2014. Vzhledem k tomu, že hladina oxidu uhličitého v atmosféře nadále stoupá, budou pravděpodobně i některé rostliny, například obiloviny, vyžadovat více dusíku.
Dusík z hnojiv dnes tvoří více než polovinu bílkovin v lidské stravě. Přesto se přibližně 50 % aplikovaného dusíku ztrácí do životního prostředí odtokem vody z polí, živočišnými odpady a emisemi plynů z metabolismu půdních mikrobů.
Tyto ztráty se v průběhu desetiletí zvyšují s rostoucím používáním dusíkatých hnojiv. Reaktivní dusík způsobuje rozsáhlé škody a bude způsobovat další škody, pokud se ztráty dusíku nepodaří omezit.
Tváří v tvář rostoucí populaci a měnícímu se klimatu potřebujeme více než kdy jindy optimalizovat využívání dusíku a minimalizovat ztráty.
Z farmy na vidličku
Jedním ze způsobů, jak pochopit naše využívání dusíku, je podívat se na naši dusíkovou stopu – množství znečištění dusíkem, které se uvolňuje do životního prostředí z potravin, bydlení, dopravy a zboží a služeb.
Výzkum doktorandky Emmy Liang z Melbournské univerzity ukazuje, že Austrálie má velkou dusíkovou stopu. S 47 kg dusíku na osobu ročně je Austrálie daleko před USA, které se dostaly na 28 kg dusíku na osobu.
Zdá se, že za velkou dusíkovou stopou Austrálie stojí strava s vysokým obsahem živočišných bílkovin. Spotřeba živočišných produktů se na australské dusíkové stopě podílí 82 %.
Živočišné produkty s sebou nesou vysoké náklady na dusík ve srovnání s rostlinnými produkty. Oba produkty začínají se stejnými náklady na dusík v důsledku pěstování plodiny, ale během životního cyklu zvířete dochází k dalším významným ztrátám při spotřebě potravin.
Cílem projektu N-Footprint je pomoci jednotlivcům a institucím vypočítat jejich dusíkovou stopu. Ukazuje, jak může každý z nás ovlivnit znečištění dusíkem svými každodenními rozhodnutími.
Můžeme se rozhodnout jíst bílkovinnou stravu s nižší dusíkovou stopou, například zeleninu, kuřecí maso a mořské plody namísto hovězího a jehněčího masa. Můžeme se rozhodnout snížit plýtvání potravinami tím, že budeme nakupovat menší množství (a v případě potřeby častěji) a kompostovat potravinový odpad. Dobrou zprávou je, že pokud snížíme svou dusíkovou stopu, snížíme také svou uhlíkovou stopu.
Zpět na farmu
Zatím je třeba pokračovat v úsilí o efektivnější využívání dusíku v zemědělských podnicích. Díky mikrometrologickým technikám se nám daří lépe porozumět ztrátám dusíku z půdy.
Od vysedávání na slunci s plastovými kbelíkovými komorami, skleněnými lahvičkami a injekčními stříkačkami nyní vědci používají vysoké věže a lasery ke zjišťování malých změn v koncentraci plynů na velkých plochách a výsledky posílají přímo do našich počítačů.
Dnes víme, že nitrifikace (kdy se amoniak přeměňuje na dusičnany) významně přispívá ke ztrátám dusíku, a tím i ke změně klimatu a poškození ekosystémů. Je to proces, na který se výzkumníci – a zemědělci – zaměřují, aby snížili ztráty dusíku.
Inhibitory nitrifikace se nyní komerčně používají k udržení dusíku v amonné formě, kterou rostliny preferují, a k zabránění hromadění dusičnanů, které se snadněji ztrácejí do životního prostředí.
S rozvojem této technologie začínáme hledat odpověď na otázku, jak tyto inhibitory ovlivňují mikrobiální společenstva, která udržují zdraví naší půdy a tvoří základ ekosystémů.
Například náš výzkum ukazuje, že 3,4-dimethylpyrazolfosfát (známější jako DMPP) inhibuje nitrifikaci, aniž by ovlivnil rozmanitost půdních mikrobiálních společenstev.
Zajímavá jsou také pozorování, že kořenové systémy některých tropických travin inhibují nitrifikaci. To otevírá možnost řízení, jak zpomalit rychlost nitrifikace v životním prostředí pomocí genetických přístupů.
Řešení problému využívání dusíku bude vyžadovat výzkum účinnějších způsobů využívání dusíku primárními producenty, ale bude také vyžadovat vedení vlády a rozhodnutí spotřebitelů méně plýtvat nebo jíst více rostlinných bílkovin. Díky těmto nástrojům budou důvody pro změnu jasnější a úkol nakrmit svět ekologičtější.
Ve dnech 4. až 8. prosince se v Melbourne sejdou přední mezinárodní výzkumníci na 7. mezinárodní konferenci Nitrogen Initiative, aby diskutovali o nejlepších nových řešeních problémů v oblasti využívání dusíku. Podrobnější informace o těchto otázkách naleznete na webových stránkách INI2016 nebo se můžete připojit k řadě odborníků na potraviny a výrobu na konferenci Good Food for 9 Billion:
: komunitní fórum.