Το άζωτο είναι το πιο απαραίτητο θρεπτικό συστατικό για τη φυτική παραγωγή, αλλά και ένα από τα πιο δύσκολα ρυθμιζόμενα. Αυτή η ένωση είναι ζωτικής σημασίας για την παγκόσμια γεωργική παραγωγή. Ωστόσο, η περίσσεια αζώτου από τα λιπάσματα διοχετεύεται στο περιβάλλον, οδηγώντας σε επιβλαβείς επιπτώσεις.
Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσουμε για το σημασία του αζώτου στη γεωργία και πώς ορισμένες καλλιέργειες μπορούν να τροφοδοτηθούν με άζωτο από τον αέρα.
Ποια είναι η σημασία του αζώτου για την ανάπτυξη των φυτών;
Το άζωτο παίζει καθοριστικό ρόλο τόσο στα φυτά όσο και στους ανθρώπους, καθώς χρησιμοποιείται για τη σύνθεση αμινοξέων που δημιουργούν τις πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για την κατασκευή των κυττάρων και αποτελεί ένα από τα θεμελιώδη συστατικά του DNA. Εκτός, Το άζωτο είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη των φυτών, καθώς αποτελεί βασικό στοιχείο της χλωροφύλλης, η ένωση που επιτρέπει στα φυτά να αξιοποιήσουν την ενέργεια του ηλιακού φωτός για να μετατρέψουν το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε σάκχαρα.
Ο κύκλος του αζώτου βασίζεται σε μια σειρά διεργασιών με τις οποίες το άζωτο περνά από την ατμόσφαιρα στο έδαφος, περνά μέσα από το έδαφος και τελικά επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.
Η διαδικασία ξεκινά με τη βιολογική δέσμευση του αζώτου, ένα φαινόμενο κατά το οποίο βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο που βρίσκονται στους όζους των ριζών των οσπρίων μετατρέπουν την οργανική ύλη σε αμμώνιο, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε νιτρικό. Τα φυτά μπορούν να απορροφήσουν νιτρικά από το έδαφος και να τα μεταβολίσουν στο άζωτο που είναι απαραίτητο για την ανάπτυξή τους, ενώ τα απονιτροποιητικά βακτήρια διευκολύνουν τη μετατροπή της περίσσειας νιτρικών σε ανόργανο άζωτο, το οποίο στη συνέχεια απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.
Το υπερβολικό νιτρικό άλας ή αυτό που χάνεται μέσω της έκπλυσης (όταν τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά διαλύονται με βροχή ή άρδευση), έχει τη δυνατότητα να διεισδύσει και να μολύνει τις πηγές των υπόγειων υδάτων.
Ποιος είναι ο ρόλος των αζωτούχων λιπασμάτων;
Για χιλιετίες, η ανθρωπότητα αδιαφορούσε σε μεγάλο βαθμό για το άζωτο. Ωστόσο, στις αρχές του 20ου αιώνα, Κατέστη σαφές ότι οι εντατικές γεωργικές πρακτικές εξάντλησαν τα επίπεδα νιτρικών αλάτων του εδάφους, οδηγώντας σε ανησυχίες σχετικά με τον αυξανόμενο παγκόσμιο πληθυσμό και την επικείμενη απειλή μιας επισιτιστικής κρίσης.
Μετά την εκβιομηχάνιση της παραγωγής, η εισαγωγή συνθετικών αζωτούχων λιπασμάτων έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην τόνωση της Πράσινη Επανάσταση, που οδήγησε σε σημαντική αύξηση της παγκόσμιας αγροτικής παραγωγής ξεκινώντας από τα τέλη της δεκαετίας του 1960. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τόσο το Μεξικό όσο και τα έθνη της Ινδίας και του Πακιστάν πέτυχαν αυτάρκεια στην παραγωγή σιταριού, παρά το γεγονός ότι ήταν στα πρόθυρα της πείνας.
Στις σύγχρονες εντατικές γεωργικές πρακτικές, η σημασία των συνθετικών αζωτούχων λιπασμάτων έχει αυξηθεί σημαντικά. Αυτή τη στιγμή, Η παγκόσμια παραγωγή υπερβαίνει τους 100 εκατομμύρια μετρικούς τόνους αυτού του προϊόντος ετησίως, και οι προβλέψεις του Οργανισμού Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών δείχνουν ότι η ζήτηση αναμένεται να αυξάνεται σταθερά, ιδιαίτερα σε περιοχές όπως η Αφρική και η Νότια Ασία.
Είναι βιώσιμο μακροπρόθεσμα;
Με την αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση, η πρόκληση της διαχείρισης αζώτου έγκειται στην παροχή επαρκούς αζώτου για την κάλυψη των παγκόσμιων αναγκών επισιτιστικής ασφάλειας, με ταυτόχρονη μείωση της έκλυσης περίσσειας αζώτου. 300 φορές πιο επιβλαβές για το περιβάλλον από το διοξείδιο του άνθρακα.
Σε ορισμένες περιοχές, η ανεπάρκεια αζώτου εμποδίζει την επίτευξη τροφικής και διατροφικής ασφάλειας. Αντίθετα, σε άλλες περιοχές, σχεδόν το πενήντα τοις εκατό του αζωτούχου λιπάσματος που χρησιμοποιείται στη γεωργία διαφεύγει στο περιβάλλον, οδηγώντας σε δυσμενείς επιπτώσεις όπως π. αυξημένους περιβαλλοντικούς κινδύνους, μη αναστρέψιμη υποβάθμιση της γης και μόλυνση των υδάτινων πόρων.
Αυτό το ζήτημα μπορεί να αντιμετωπιστεί με τη βελτίωση της απόδοσης χρήσης αζώτου, η οποία βασίζεται σε έναν πολύπλευρο υπολογισμό που απαιτεί συχνά σύγκριση μεταξύ της βιομάζας των καλλιεργειών (κυρίως οικονομικής απόδοσης) ή της περιεκτικότητας/πρόσληψης αζώτου (απόδοση) και του αζώτου που εφαρμόζεται (εισαγωγή) μέσω κοπριάς ή συνθετικής λιπάσματα. Με τη βελτιστοποίηση αυτής της σχέσης, όχι μόνο αυξάνεται η παραγωγικότητα των καλλιεργειών, αλλά μειώνονται και οι περιβαλλοντικές απώλειες μέσω της σχολαστικής αγρονομικής διαχείρισης, συμβάλλοντας στη μακροπρόθεσμη βελτίωση της ποιότητας του εδάφους.
Επί του παρόντος, η παγκόσμια μέση απόδοση χρήσης αζώτου δεν υπερβαίνει το 50%, πολύ κάτω από το 67% που εκτιμάται ότι είναι απαραίτητο για την κάλυψη των παγκόσμιων απαιτήσεων τροφίμων το 2050, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι η περίσσεια αζώτου παραμένει εντός των αποδεκτών ορίων για την ποιότητα του αέρα και του νερού.
Αν και εμφανίζονται προηγμένες τεχνολογικές λύσεις για τη διαχείριση του αζώτου, οι αγρότες μπορούν να επιτύχουν άμεσες βελτιώσεις στην αποδοτικότητα χρήσης αζώτου μέσω ποικίλων μεθόδων, όπως η εφαρμογή λιπάσματος, η χρήση αζωτούχων λιπασμάτων βραδείας αποδέσμευσης, τη χρήση εργαλείων εφαρμογής αζώτου ακριβείας (όπως το Green Seeker) ή με την εφαρμογή λίπανσης μέσω μικροάρδευσης.
Βέλτιστη τεχνολογία
Σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί στην ανάπτυξη τεχνολογιών που στοχεύουν στην αποτελεσματική διαχείριση του αζώτου, οι οποίες, σε συνδυασμό με κατάλληλες αγρονομικές πρακτικές, έχουν αποδείξει τη δυνατότητα βελτίωσης των αποδόσεων των καλλιεργειών. Αυτή η προσέγγιση βελτιώνει την αποδοτικότητα χρήσης αζώτου και ελαχιστοποιεί το πλεόνασμα αζώτου στις καλλιέργειες.
Οι ερευνητές εξετάζουν το πλεονεκτήματα της βιολογικής αναστολής της νιτροποίησης, ενός μηχανισμού μέσω του οποίου τα φυτά απελευθερώνουν ουσίες που επηρεάζουν τον κύκλο του αζώτου στο έδαφος. Αυτό το φυσικό φαινόμενο, που παρατηρείται σε ορισμένα χόρτα και άγριους συγγενείς του σιταριού, παίζει καθοριστικό ρόλο στη σημαντική μείωση των εκπομπών αζώτου.
Το 2007, οι ερευνητές εντόπισαν χαρακτηριστικά βιολογικής νιτροποίησης σε συγγενή του σιταριού και το 2018 μετέφεραν με επιτυχία αυτά τα χαρακτηριστικά σε μια ποικιλία κινεζικού ανοιξιάτικου σίτου. Αν και τα προκαταρκτικά αποτελέσματα έδειξαν χαμηλή παραγωγικότητα και βρίσκονται ακόμη στα πρώτα στάδια ανάπτυξης, οι επιστήμονες ενδιαφέρονται να αξιολογήσουν την πιθανή εφαρμογή αυτής της διαδικασίας σε εμπορικές ποικιλίες σιταριού στο μέλλον. Εάν είναι επιτυχής, αυτή η τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να επηρεάσει σημαντικά την επίτευξη των παγκόσμιων στόχων απόδοσης χρήσης αζώτου.