Hiilisaasteet ovat otsikoissa ilmastonmuutokseen vaikuttamisensa vuoksi, mutta typpisaasteet ovat kiistatta haastavampi ongelma. Jotenkin meidän on kasvatettava enemmän ruokaa kasvavan väestön ruokkimiseksi ja samalla minimoitava typpilannoitteiden käyttöön liittyvät ongelmat.
Yksin Euroopassa typpisaasteiden aiheuttamien ympäristö- ja terveyskustannusten arvioidaan olevan 70-320 miljardia euroa vuodessa.
Typpipäästöt, kuten ammoniakki, typen oksidit ja typen oksidit, vaikuttavat osaltaan hiukkaspäästöihin ja happosateisiin. Nämä aiheuttavat ihmisille hengitystieongelmia ja syöpää sekä vaurioittavat metsiä ja rakennuksia.
Typpikaasuilla on myös tärkeä rooli maailmanlaajuisessa ilmastonmuutoksessa. Dityppioksidi on erityisen voimakas kasvihuonekaasu, sillä se sitoo lämpöä ilmakehään yli 300 kertaa tehokkaammin kuin hiilidioksidi.
Lannoitteista, karjan ja ihmisten jätevesistä peräisin oleva typpi edistää levien kasvua ja aiheuttaa vesien saastumista. Suurelle valliriutalle aiheutuneet arviolta 8,2 miljardin dollarin vahingot ovat muistutus siitä, että maata koskevilla valinnoillamme on suuria vaikutuksia maalle, vesistöille ja ilmalle alajuoksulla.
Hukkaan menevä typpi vahingoittaa myös maanviljelijöitä, sillä se merkitsee potentiaalisen sadonkasvun vähenemistä tai lannoitteiden tuhlausta. Tämä vaikutus kohdistuu voimakkaimmin kehitysmaiden pienviljelijöihin, joille typpilannoitteet ovat usein maatalouden suurimmat kustannukset. Menetetystä typestä johtuva tuotannon väheneminen voi olla jopa 25 prosenttia kotitalouksien tuloista.
Ratkaisu typpihaasteeseen on saatava aikaan yhdistelmällä teknisiä innovaatioita, politiikkaa ja kuluttajien toimia.
Tärkeä ainesosa
Typpi on aminohappojen, proteiinien ja DNA:n välttämätön rakennusaine. Kasvien kasvu on riippuvainen siitä; eläimet ja ihmiset saavat sitä syömällä kasveja tai muita eläimiä.
Typpikaasua (N₂) on 78 % ilmasta, mutta kasvit eivät voi käyttää sitä. Lannoitteet valmistetaan yleensä ammoniakista, joka on kasvien suosima typen muoto.
Sata vuotta sen jälkeen, kun Haber-Bosch-prosessin kehittäminen antoi meille mahdollisuuden valmistaa typpilannoitteita, sen kysyntä ei ole vielä tasaantunut.
Typpilannoitteiden käyttö on kasvanut vuoden 1961 11 miljoonasta tonnista 108 miljoonaan tonniin vuonna 2014. Kun hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä jatkaa nousuaan, myös jotkin kasvit, kuten viljat, todennäköisesti vaativat enemmän typpeä.
Lannoitteista peräisin olevan typen osuus on nykyään yli puolet ihmisen ruokavalion proteiinista. Kuitenkin noin 50 prosenttia levitetystä typestä hukkuu ympäristöön pelloilta valuvana vetenä, eläinjätteenä ja maaperän mikrobien aineenvaihdunnasta aiheutuvina kaasupäästöinä.
Tämä hävikki on kasvanut vuosikymmenien ajan typpilannoitteiden käytön lisääntyessä. Reaktiivinen typpi aiheuttaa laaja-alaisia vahinkoja, ja ne lisääntyvät entisestään, jos typpihäviöitä ei saada kuriin.
Väestönkasvun ja muuttuvan ilmaston vuoksi meidän on nyt enemmän kuin koskaan optimoitava typen käyttö ja minimoitava häviöt.
Tilalta ruokapöytään
Yksi tapa ymmärtää typen käyttöämme on tarkastella typpijalanjälkeämme eli sitä, kuinka paljon typpisaastetta ympäristöön vapautuu elintarvikkeista, asumisesta, liikenteestä sekä tavaroista ja palveluista.
Melbournen yliopiston tohtorikoulutettavan Emma Liangin tutkimus osoittaa, että Australian typpijalanjälki on suuri. Australia on 47 kiloa typpeä henkeä kohti vuodessa, ja se on paljon edellä Yhdysvaltoja, jonka typpijalanjälki oli 28 kiloa henkeä kohti.
Australian suuri typpijalanjälki näyttää johtuvan eläinproteiinipitoisesta ruokavaliosta. Eläintuotteiden kulutuksen osuus Australian elintarvikkeiden typpijalanjäljestä on 82 %.
Kotieläintuotteiden typpikustannukset ovat korkeat verrattuna kasvikunnan tuotteisiin. Molemmilla tuotteilla on aluksi sama typpikustannus viljelykasvin kasvattamisen seurauksena, mutta merkittäviä lisähäviöitä tapahtuu, kun eläin kuluttaa ruokaa koko elinkaarensa ajan.
N-Footprint-hankkeen tarkoituksena on auttaa yksityishenkilöitä ja laitoksia laskemaan typpijalanjälkensä. Se osoittaa, miten jokainen meistä voi vaikuttaa typpikuormitukseen jokapäiväisillä valinnoillaan.
Voisimme valita pienemmän typpijalanjäljen omaavia proteiiniruokavalioita, kuten vihanneksia, kanaa ja mereneläviä naudan- ja lampaanlihan sijaan. Voimme päättää vähentää ruokahävikkiä ostamalla pienempiä määriä (ja tarvittaessa useammin) ja kompostoimalla ruokajätettä. Hyvä uutinen on, että jos pienennämme typpijalanjälkeämme, pienennämme myös hiilijalanjälkeämme.
Paluu maatilalle
Sillä välin ponnisteluja typen käytön tehostamiseksi maatiloilla on jatkettava. Ymmärrämme yhä paremmin maaperän typpihäviöitä mikrometerologisten tekniikoiden avulla.
Tutkijat eivät enää istu auringossa muovisten ämpärikammioiden, lasipullojen ja ruiskujen kanssa, vaan he käyttävät nykyään korkeita torneja ja lasereita havaitakseen kaasupitoisuuksien pienet muutokset laajoilla alueilla ja lähettävät tulokset suoraan tietokoneillemme.
Me tiedämme nyt, että nitrifikaatio (kun ammoniakki muuttuu nitraatiksi) on merkittävä tekijä typpihäviöiden ja siten ilmastonmuutoksen ja ekosysteemien vahingoittumisen kannalta. Se on prosessi, johon tutkijat – ja maanviljelijät – pyrkivät vähentämään typpihäviöitä.
Nitrifikaation estäjiä käytetään nykyään kaupallisesti pitämään typpi ammoniummuodossa, jota kasvit suosivat, ja estämään nitraatin kertyminen, joka häviää helpommin ympäristöön.
Teknologian kehittyessä alamme vastata kysymykseen, miten nämä inhibiittorit vaikuttavat mikrobiyhteisöihin, jotka ylläpitävät maaperämme terveyttä ja muodostavat ekosysteemien perustan.
Tutkimuksemme osoittaa esimerkiksi, että 3,4-dimetyylipyratsolifosfaatti (tunnetaan paremmin nimellä DMPP) estää nitrifikaation vaikuttamatta maaperän mikrobiyhteisöjen monimuotoisuuteen.
On myös tehty jännittäviä havaintoja siitä, että joidenkin trooppisten ruohojen juuristot estävät nitrifikaatiota. Tämä avaa hallinnointimahdollisuuden hidastaa nitrifikaationopeutta ympäristössä geneettisten lähestymistapojen avulla.
Typen käytön haasteen ratkaiseminen edellyttää tutkimusta, jolla pyritään löytämään tehokkaampia tapoja, joilla alkutuottajat voivat käyttää typpeä, mutta se edellyttää myös hallitusten johtajuutta ja kuluttajien valintoja, jotta he tuhlaavat vähemmän tai syövät enemmän kasviproteiinia. Nämä välineet tekevät muutoksesta selkeämpää ja maailman ruokkimistehtävästä vihreämpää.
Joulukuun 4.-8. päivänä johtavat kansainväliset tutkijat kokoontuvat Melbournessa seitsemänteen kansainväliseen Nitrogen Initiative -konferenssiin keskustelemaan parhaista uusista ratkaisuista typen käytön ongelmiin. Jos haluat tutustua syvällisemmin näihin kysymyksiin, käy INI2016-sivustolla tai liity useiden elintarvike- ja tuotantoasiantuntijoiden joukkoon Good Food for 9 Billion -tapahtumassa: Community Forum.