Embora a poluição por nitrogênio seja a manchete de todos os jornais por seu papel na mudança climática, a poluição por nitrogênio é, sem dúvida, um problema mais desafiador. De alguma forma precisamos de cultivar mais alimentos para alimentar uma população em expansão enquanto minimizamos os problemas associados ao uso de fertilizantes nitrogenados.
Só na Europa, os custos ambientais e para a saúde humana da poluição por nitrogênio são estimados em 70-320 bilhões de euros por ano.
Emissões de nitrogênio como amônia, óxido de nitrogênio e óxidos nitrosos contribuem para a matéria particulada e a chuva ácida. Estes causam problemas respiratórios e cancros para as pessoas e danos às florestas e edifícios.
Os gases nitrogénicos também desempenham um papel importante nas alterações climáticas globais. O óxido nitroso é um gás de efeito estufa particularmente potente, pois é mais de 300 vezes mais eficaz a reter calor na atmosfera do que o dióxido de carbono.
Nitrogénio proveniente de fertilizantes, efluentes de gado e esgotos humanos impulsionam o crescimento de algas e causam poluição da água. A conta estimada em A$8,2 bilhões de danos à Grande Barreira de Corais é um lembrete de que nossas escolhas na terra têm grandes impactos na terra, na água e no ar a jusante.
O nitrogênio perdido também prejudica os agricultores, pois representa um potencial reduzido de crescimento de culturas ou de fertilizantes desperdiçados. Este impacto é mais agudo para os pequenos agricultores dos países em desenvolvimento, para quem o fertilizante azotado é muitas vezes o maior custo da agricultura. A produção reduzida do nitrogênio perdido pode representar até 25% da renda familiar.
A solução para o desafio do nitrogênio terá que vir de uma combinação de inovação tecnológica, política e ação do consumidor.
O ingrediente essencial
Nitrogênio é um bloco de construção essencial para aminoácidos, proteínas e DNA. O crescimento das plantas depende dele; os animais e as pessoas obtêm-no a partir do consumo de plantas ou outros animais.
Gás nitrogénio (N₂) constitui 78% do ar, mas não pode ser utilizado pelas plantas. Os fertilizantes são geralmente feitos de amoníaco, uma forma de nitrogênio que as plantas preferem.
Um século depois do desenvolvimento do processo Haber-Bosch nos deu uma maneira de fabricar fertilizantes nitrogenados, nossa demanda por eles ainda não se estabilizou.
A utilização de fertilizantes azotados aumentou de 11 milhões de toneladas em 1961 para 108 milhões de toneladas em 2014. Como os níveis de dióxido de carbono continuam a subir na atmosfera, algumas plantas como os cereais também irão provavelmente exigir mais nitrogénio.
De facto, o azoto do fertilizante é agora responsável por mais de metade da proteína da dieta humana. No entanto, cerca de 50% do nitrogênio aplicado é perdido para o meio ambiente no escoamento de água dos campos, resíduos animais e emissões gasosas do metabolismo microbiano do solo.
Estas perdas têm vindo a aumentar ao longo das décadas, à medida que aumenta a utilização de fertilizantes azotados. O nitrogênio reativo causa grandes danos, e causará mais danos se as perdas de nitrogênio não forem reduzidas em.
Diante de uma população crescente e das mudanças climáticas, precisamos mais do que nunca otimizar o uso do nitrogênio e minimizar as perdas.
Da fazenda ao garfo
Uma maneira de entender nosso uso de nitrogênio é olhar para nossa pegada de nitrogênio – a quantidade de poluição de nitrogênio liberada para o meio ambiente pela alimentação, habitação, transporte e bens e serviços.
Pesquisa pela candidata a PhD da Universidade de Melbourne Emma Liang mostra que a Austrália tem uma grande pegada de nitrogênio. Com 47kg de nitrogênio por pessoa a cada ano, a Austrália está muito à frente dos EUA, que chegaram com 28kg de nitrogênio por pessoa.
Uma dieta rica em proteínas animais parece estar impulsionando a grande pegada de nitrogênio da Austrália. O consumo de produtos de origem animal é responsável por 82% da pegada de nitrogênio dos alimentos australianos.
Os produtos animais carregam altos custos de nitrogênio em comparação com os produtos vegetais. Ambos os produtos começam com o mesmo custo em nitrogênio como resultado do cultivo de uma cultura, mas perdas adicionais significativas ocorrem à medida que o animal consome alimentos ao longo de seu ciclo de vida.
O projeto N-Footprint tem como objetivo ajudar indivíduos e instituições a calcular suas pegadas de nitrogênio. Ele mostra como cada um de nós pode ter um impacto na poluição por nitrogênio através de nossas escolhas diárias.
Podemos optar por dietas com menor pegada de nitrogênio, tais como vegetais, frango e frutos do mar em vez de carne de vaca e cordeiro. Podemos optar por reduzir o desperdício de alimentos comprando quantidades menores (e com maior frequência, se necessário) e fazendo compostagem de resíduos alimentares. A boa notícia é que se reduzirmos a nossa pegada de nitrogénio, também reduzimos a nossa pegada de carbono.
Voltar à fazenda
Entretanto, os esforços para usar o nitrogênio de forma mais eficiente nas fazendas devem continuar. Estamos nos aprimorando na compreensão das perdas de nitrogênio do solo através de técnicas micrometrológicas.
De sentados ao sol com câmaras de balde plástico, frascos de vidro e seringas, os cientistas agora usam torres altas e lasers para detectar pequenas mudanças nas concentrações de gás em grandes áreas e enviar os resultados diretamente para nossos computadores.
Agora sabemos que a nitrificação (quando o amoníaco é convertido em nitrato) é um importante contribuinte para as perdas de nitrogênio e, portanto, para as mudanças climáticas e danos aos ecossistemas. É um processo que os pesquisadores – e os agricultores – têm como objetivo reduzir as perdas de nitrogênio.
Inibidores de nitrificação são agora usados comercialmente para manter o nitrogênio na forma de amônia, que as plantas preferem, e para prevenir a acumulação de nitrato, que é mais facilmente perdido para o meio ambiente.
A medida que esta tecnologia avança, estamos começando a responder a questão de como estes inibidores afetam as comunidades microbianas que mantêm a saúde do nosso solo e formam a base dos ecossistemas.
Por exemplo, nossa pesquisa mostra que 3,4-dimetilpirazole fosfato (mais conhecido como DMPP) inibe a nitrificação sem afetar a diversidade da comunidade microbiana do solo.
Têm havido também observações emocionantes de que os sistemas radiculares de algumas gramíneas tropicais inibem a nitrificação. Isto abre uma opção de manejo para diminuir as taxas de nitrificação no ambiente utilizando abordagens genéticas.
Solucionar o desafio do uso do nitrogênio exigirá pesquisa de formas mais eficientes para os produtores primários utilizarem o nitrogênio, mas também precisará de liderança governamental e escolhas dos consumidores para desperdiçar menos ou consumir mais proteínas vegetais. Essas ferramentas tornarão mais clara a necessidade de mudança, e a tarefa de alimentar o mundo mais verde.
Em 4-8 de dezembro, pesquisadores internacionais líderes estão reunidos em Melbourne para a 7ª Conferência da Iniciativa Internacional do Nitrogênio para discutir as melhores novas soluções para os problemas do uso do nitrogênio. Para uma análise mais aprofundada destas questões, visite o site INI2016 ou junte-se a uma série de especialistas em alimentos e produção no Good Food for 9 Billion: Fórum Comunitário.