A nitrogén a növénytermesztés legszükségesebb tápanyaga, ugyanakkor az egyik legnehezebben szabályozható tápanyag. Ez a vegyület létfontosságú a globális mezőgazdasági termelésben. A műtrágyákból származó felesleges nitrogén azonban kimosódik a környezetbe, ami káros hatásokhoz vezet.
Ebben a cikkben arról fogunk beszélni a nitrogén jelentősége a mezőgazdaságban, és hogyan táplálhatók bizonyos növények a levegőből származó nitrogénnel.
Mi a nitrogén jelentősége a növények növekedésében?
A nitrogén döntő szerepet játszik mind a növényekben, mind az emberekben, mivel aminosavak szintetizálására használják, amelyek a sejtépítésért felelős fehérjéket termelik, és a DNS egyik alapvető összetevője. Kívül, A nitrogén létfontosságú a növények növekedéséhez, mivel a klorofill egyik fő eleme, az a vegyület, amely lehetővé teszi a növények számára, hogy a napfény energiáját hasznosítsák a víz és a szén-dioxid cukrokká történő átalakítására.
A nitrogénciklus olyan folyamatok sorozatán alapul, amelyek során a nitrogén a légkörből a talajba jut, áthalad a talajon, és végül visszatér a légkörbe.
A folyamat a nitrogén biológiai megkötésével kezdődik, olyan jelenség, amelyben a hüvelyesek gyökércsomóiban található nitrogénmegkötő baktériumok a szerves anyagokat ammóniummá alakítják, amely aztán nitráttá alakul. A növények a nitrátot a talajból képesek felvenni és a növekedésükhöz szükséges nitrogénné metabolizálni, míg a denitrifikáló baktériumok elősegítik a felesleges nitrát szervetlen nitrogénné való átalakulását, amely ezt követően a légkörbe kerül.
A túlzott nitrát, vagy a kimosódás következtében elveszett (amikor az esszenciális tápanyagokat eső vagy öntözés oldja fel), beszivároghat és szennyezheti a talajvízforrásokat.
Mi a szerepe a nitrogén műtrágyáknak?
Évezredeken át az emberiség nagyrészt nem foglalkozott a nitrogénnel. A 20. század elején azonban Világossá vált, hogy az intenzív mezőgazdasági gyakorlatok kimerítik a talaj nitrátszintjét, ami félelmet kelt a globális népesség növekedésével és az élelmiszerválság közvetlen fenyegetésével kapcsolatban.
A termelés iparosítása után a szintetikus nitrogén műtrágyák bevezetése döntő szerepet játszott a termelés fellendítésében. Zöld forradalom, amely az 1960-as évek végétől a globális mezőgazdasági termelés jelentős növekedéséhez vezetett. Ebben az időszakban mind Mexikó, mind India és Pakisztán önellátó búzatermesztést értek el, annak ellenére, hogy az éhínség szélén álltak.
A mai intenzív mezőgazdasági gyakorlatban a szintetikus nitrogénműtrágyák jelentősége jelentősen megnőtt. Jelenleg Ennek az árunak a globális termelése meghaladja a 100 millió tonnát évente, és az Egyesült Nemzetek Élelmezésügyi és Mezőgazdasági Szervezetének előrejelzései azt mutatják, hogy a kereslet várhatóan folyamatosan növekszik, különösen az olyan régiókban, mint Afrikában és Dél-Ázsiában.
Hosszú távon életképes?
A globális kereslet növekedésével a nitrogéngazdálkodás kihívása abban rejlik, hogy elegendő nitrogént biztosítson a globális élelmezésbiztonsági szükségletek kielégítéséhez, miközben csökkenti a felesleges nitrogén kibocsátását, 300-szor károsabb a környezetre, mint a szén-dioxid.
Egyes területeken a nitrogénhiány akadályozza az élelmezés- és táplálkozásbiztonság elérését. Ezzel szemben más régiókban a mezőgazdaságban felhasznált nitrogénműtrágyák közel ötven százaléka a környezetbe kerül, ami olyan káros hatásokhoz vezet, mint pl. fokozott környezeti kockázatok, visszafordíthatatlan talajromlás és a vízkészletek szennyeződése.
Ezt a problémát a nitrogénfelhasználás hatékonyságának javításával lehet kezelni, amely sokrétű számításon alapul, amely gyakran megköveteli a növényi biomassza (főleg gazdasági hozam) vagy a nitrogéntartalom/felvétel (hozam) és a trágyával vagy szintetikusan kijuttatott nitrogén összehasonlítását műtrágyák. Ennek a kapcsolatnak az optimalizálásával nemcsak a terméshozam növekszik, hanem az aprólékos agronómiai gazdálkodás révén a környezeti veszteségek is csökkennek, hozzájárulva a talajminőség hosszú távú javulásához.
Jelenleg a globális átlagos nitrogénhasznosítási hatékonyság nem haladja meg az 50%-ot, ami jóval a 67-re a globális élelmiszerigény kielégítéséhez szükséges 2050% alatt van, miközben biztosítja, hogy a felesleges nitrogén a levegő- és vízminőség elfogadható küszöbértékein belül maradjon.
Bár a nitrogénkezelés fejlett technológiai megoldásai vannak kialakulóban, a gazdálkodók azonnali javulást érhetnek el a nitrogénfelhasználás hatékonyságában különféle módszerekkel, beleértve a műtrágya kijuttatását, a lassan felszabaduló nitrogénműtrágyák használatát, precíziós nitrogénfelhordó eszközök használata (például Green Seeker) vagy mikroöntözéssel történő trágyázással.
Optimális technológia
Jelentős előrelépés történt a hatékony nitrogéngazdálkodást célzó technológiák fejlesztésében, amelyek a megfelelő agronómiai gyakorlatokkal kombinálva megmutatták a terméshozam javításának lehetőségét. Ez a megközelítés javítja a nitrogénfelhasználás hatékonyságát és minimalizálja a nitrogéntöbbletet a növényekben.
A kutatók vizsgálják a a nitrifikáció biológiai gátlásának előnyei, egy olyan mechanizmus, amelyen keresztül a növények olyan anyagokat bocsátanak ki, amelyek befolyásolják a talaj nitrogénciklusát. Ez a természeti jelenség, amely bizonyos fűféléknél és a búza vadon élő rokonainál megfigyelhető, döntő szerepet játszik a nitrogénkibocsátás jelentős csökkentésében.
2007-ben a kutatók biológiai nitrifikációs tulajdonságokat azonosítottak a búza rokonaiban, 2018-ban pedig sikeresen átvitték ezeket a tulajdonságokat számos kínai tavaszi búzára. Bár az előzetes eredmények alacsony termőképességet jeleztek, és még a fejlesztés korai szakaszában járnak, a tudósok érdeklődnek az eljárás lehetséges kereskedelmi búzafajták jövőbeni alkalmazásának értékelése iránt. Siker esetén ez a technológia jelentősen befolyásolhatja a globális nitrogénfelhasználási hatékonysági célok elérését.