În timp ce poluarea cu carbon capătă toate titlurile pentru rolul său în schimbările climatice, poluarea cu azot este, fără îndoială, o problemă mai dificilă. Cumva, trebuie să cultivăm mai multă hrană pentru a hrăni o populație în expansiune, minimizând în același timp problemele asociate cu utilizarea îngrășămintelor cu azot.
Doar în Europa, costurile de mediu și de sănătate umană ale poluării cu azot sunt estimate la 70-320 de miliarde de euro pe an.
Emisiile de azot, cum ar fi amoniacul, oxidul de azot și oxizii de azot, contribuie la formarea de particule și la ploile acide. Acestea cauzează probleme respiratorii și cancere pentru oameni și daune pădurilor și clădirilor.
Gazele azotate joacă, de asemenea, un rol important în schimbările climatice globale. Oxidul de azot este un gaz cu efect de seră deosebit de puternic, deoarece este de peste 300 de ori mai eficient în captarea căldurii în atmosferă decât dioxidul de carbon.
Nitrogenul din îngrășăminte, efluenții proveniți de la animale și apele uzate umane stimulează creșterea algelor și provoacă poluarea apei. Nota de plată a pagubelor estimate la 8,2 miliarde de dolari australieni pentru Marea Barieră de Corali este un memento că alegerile noastre pe pământ au un impact mare asupra pământului, apei și aerului din aval.
Azotarea pierdută dăunează și agricultorilor, deoarece reprezintă o creștere potențială redusă a culturilor sau îngrășăminte irosite. Acest impact este cel mai acut pentru micii fermieri din țările în curs de dezvoltare, pentru care îngrășămintele cu azot reprezintă adesea cel mai mare cost al agriculturii. Producția redusă ca urmare a azotului pierdut poate reprezenta până la 25% din venitul gospodăriei.
Soluția la provocarea azotului va trebui să provină dintr-o combinație de inovare tehnologică, politici și acțiuni ale consumatorilor.
Ingredientul esențial
Nitrogenul este un element constitutiv esențial pentru aminoacizi, proteine și ADN. Creșterea plantelor depinde de el; animalele și oamenii îl obțin prin consumul de plante sau de alte animale.
Nitrogenul gazos (N₂) constituie 78% din aer, dar nu poate fi folosit de plante. Îngrășămintele sunt de obicei fabricate din amoniac, o formă de azot pe care plantele o preferă.
La un secol după ce dezvoltarea procedeului Haber-Bosch ne-a oferit o modalitate de a fabrica îngrășăminte cu azot, cererea noastră pentru acesta încă nu s-a stabilizat.
Utilizarea îngrășămintelor azotate a crescut de la 11 milioane de tone în 1961 la 108 milioane de tone în 2014. Pe măsură ce nivelurile de dioxid de carbon continuă să crească în atmosferă, unele plante, cum ar fi cerealele, vor cere, de asemenea, probabil, mai mult azot.
De fapt, azotul din îngrășăminte reprezintă acum mai mult de jumătate din proteinele din dieta umană. Cu toate acestea, aproximativ 50% din azotul aplicat se pierde în mediul înconjurător prin scurgerea apei de pe câmpuri, deșeuri animale și emisii de gaze rezultate din metabolismul microbilor din sol.
Aceste pierderi au crescut de-a lungul deceniilor, odată cu creșterea utilizării îngrășămintelor cu azot. Azotul reactiv provoacă daune pe scară largă și va provoca și mai multe daune dacă pierderile de azot nu sunt limitate.
În fața unei populații în creștere și a schimbărilor climatice, avem nevoie mai mult ca oricând să optimizăm utilizarea azotului și să minimizăm pierderile.
De la fermă la furculiță
Un mod de a înțelege modul în care utilizăm azotul este de a analiza amprenta noastră de azot – cantitatea de poluare cu azot eliberată în mediul înconjurător din alimente, locuințe, transport și bunuri și servicii.
Cercetarea doctorandului Emma Liang de la Universitatea din Melbourne arată că Australia are o amprentă mare de azot. Cu 47 kg de azot pe persoană în fiecare an, Australia este cu mult înaintea SUA, care a ajuns la 28 kg de azot pe persoană.
O dietă bogată în proteine de origine animală pare să fie cauza amprentei mari de azot a Australiei. Consumul de produse de origine animală reprezintă 82% din amprenta de azot din alimentația australiană.
Produsele de origine animală au un cost ridicat al azotului în comparație cu produsele vegetale. Ambele produse pornesc cu același cost în azot ca urmare a creșterii unei culturi, dar au loc pierderi suplimentare semnificative pe măsură ce animalul consumă alimente pe parcursul ciclului său de viață.
Proiectul N-Footprint își propune să ajute persoanele și instituțiile să își calculeze amprenta de azot. Acesta arată modul în care fiecare dintre noi poate avea un impact asupra poluării cu azot prin alegerile noastre zilnice.
Putem alege să consumăm diete proteice cu amprentă de azot mai mică, cum ar fi legumele, puiul și fructele de mare în loc de carne de vită și miel. Putem alege să reducem risipa de alimente, cumpărând cantități mai mici (și mai des, dacă este necesar) și compostând deșeurile alimentare. Vestea bună este că, dacă ne reducem amprenta de azot, ne reducem și amprenta de carbon.
Înapoi la fermă
Între timp, eforturile de a utiliza azotul mai eficient în ferme trebuie să continue. Înțelegem din ce în ce mai bine pierderile de azot din sol prin tehnici micrometerologice.
De la a sta la soare cu camere de plastic cu găleată, flacoane de sticlă și seringi, oamenii de știință folosesc acum turnuri înalte și lasere pentru a detecta mici schimbări în concentrațiile de gaze pe suprafețe mari și trimit rezultatele direct la calculatoarele noastre.
Știm acum că nitrificarea (atunci când amoniacul este transformat în nitrați) este un factor important care contribuie la pierderile de azot și, prin urmare, la schimbările climatice și la deteriorarea ecosistemelor. Este un proces pe care cercetătorii – și fermierii – îl vizează pentru a reduce pierderile de azot.
Inhibitorii de nitrificare sunt acum utilizați în comerț pentru a menține azotul în forma de amoniu, pe care plantele o preferă, și pentru a preveni acumularea de nitrat, care se pierde mai ușor în mediul înconjurător.
Pe măsură ce această tehnologie avansează, începem să răspundem la întrebarea cum afectează acești inhibitori comunitățile microbiene care mențin sănătatea solului nostru și constituie fundamentul ecosistemelor.
De exemplu, cercetările noastre arată că fosfatul de 3,4-dimetilpirazol (mai bine cunoscut sub numele de DMPP) inhibă nitrificarea fără a afecta diversitatea comunităților microbiene din sol.
De asemenea, au existat observații interesante conform cărora sistemele radiculare ale unor ierburi tropicale inhibă nitrificarea. Acest lucru deschide o opțiune de gestionare pentru a încetini ratele de nitrificare în mediul înconjurător, folosind abordări genetice.
Soluționarea provocării legate de utilizarea azotului va necesita cercetare pentru găsirea unor modalități mai eficiente de utilizare a azotului de către producătorii primari, dar va necesita, de asemenea, conducere guvernamentală și alegerea consumatorilor de a risipi mai puțin sau de a consuma mai multe proteine vegetale. Aceste instrumente vor face ca argumentele în favoarea schimbării să fie mai clare, iar sarcina de a hrăni lumea să fie mai ecologică.
În perioada 4-8 decembrie, cercetători internaționali de renume se întâlnesc la Melbourne pentru cea de-a 7-a Conferință Internațională a Inițiativei pentru Azot pentru a discuta cele mai bune soluții noi la problemele legate de utilizarea azotului. Pentru o analiză mai aprofundată a acestor probleme, vizitați site-ul web al INI2016 sau alăturați-vă unei serii de experți în alimentație și producție la conferința Good Food for 9 Billion: Community Forum.