Dušik je najvažniji nutrijent za proizvodnju usjeva, ali i jedan od najtežih za regulaciju. Ovo jedinjenje je od vitalnog značaja za globalnu poljoprivrednu proizvodnju. Međutim, višak dušika iz gnojiva ispire u okoliš, što dovodi do štetnih učinaka.
U ovom članku ćemo govoriti o važnost azota u poljoprivredi i način na koji se određeni usjevi mogu hraniti dušikom iz zraka.
Kakav je značaj dušika za rast biljaka?
Dušik igra ključnu ulogu i u biljkama i u ljudima, budući da se koristi za sintezu aminokiselina koje stvaraju proteine odgovorne za izgradnju ćelija i čine jednu od osnovnih komponenti DNK. osim toga, Dušik je od vitalnog značaja za rast biljaka, jer je glavni element hlorofila, spoj koji omogućava biljkama da iskoriste energiju sunčeve svjetlosti za pretvaranje vode i ugljičnog dioksida u šećere.
Krug azota zasniva se na nizu procesa u kojima dušik prelazi iz atmosfere u tlo, prolazi kroz tlo i konačno se vraća u atmosferu.
Proces počinje biološkom fiksacijom dušika, fenomen u kojem bakterije koje fiksiraju dušik koje se nalaze u korijenskim čvorićima mahunarki transformiraju organsku tvar u amonijum, koji se zatim pretvara u nitrat. Biljke mogu apsorbirati nitrate iz tla i metabolizirati ga u dušik neophodan za njihov rast, dok denitrifikujuće bakterije olakšavaju pretvaranje viška nitrata u neorganski dušik, koji se potom oslobađa u atmosferu.
Prekomjerni nitrati, ili oni koji se gube ispiranjem (kada se esencijalni nutrijenti rastvaraju kišom ili navodnjavanjem), imaju potencijal da se infiltriraju i kontaminiraju izvore podzemne vode.
Koja je uloga azotnih đubriva?
Tokom milenijuma, čovečanstvo se uglavnom nije bavilo azotom. Međutim, početkom 20.st. Postalo je jasno da intenzivne poljoprivredne prakse smanjuju nivoe nitrata u tlu, što je dovelo do strahovanja u vezi sa porastom globalne populacije i neposredne prijetnje prehrambene krize.
Nakon industrijalizacije proizvodnje, uvođenje sintetičkih azotnih đubriva odigralo je ključnu ulogu u jačanju Zelena revolucija, koja je dovela do značajnog povećanja globalne poljoprivredne proizvodnje počevši od kasnih 1960-ih. Tokom ovog perioda, i Meksiko i nacije Indije i Pakistana postigli su samodovoljnost u proizvodnji pšenice, uprkos tome što su bili na ivici gladi.
U savremenim intenzivnim poljoprivrednim praksama značajno je porastao značaj sintetičkih azotnih đubriva. u ovom trenutku, Globalna proizvodnja prelazi 100 miliona metričkih tona ove robe godišnje, a projekcije Organizacije Ujedinjenih naroda za hranu i poljoprivredu ukazuju da se očekuje da će potražnja stalno rasti, posebno u regijama kao što su Afrika i Južna Azija.
Da li je to dugoročno održivo?
Uz sve veću globalnu potražnju, izazov upravljanja dušikom leži u snabdijevanju dovoljno azota kako bi se zadovoljile globalne potrebe sigurnosti hrane uz istovremeno smanjenje oslobađanja viška dušika, 300 puta štetniji za okoliš od ugljičnog dioksida.
U određenim područjima, nedostatak dušika otežava postizanje prehrambene i nutritivne sigurnosti. Nasuprot tome, u drugim regijama skoro pedeset posto azotnog đubriva koje se koristi u poljoprivredi izlazi u životnu sredinu, što dovodi do štetnih efekata kao što su povećani ekološki rizici, nepovratna degradacija zemljišta i kontaminacija vodnih resursa.
Ovaj problem se može rešiti poboljšanjem efikasnosti korišćenja azota, koja se zasniva na višestrukom proračunu koji često zahteva poređenje između biomase useva (uglavnom ekonomskog prinosa) ili sadržaja/upijanja azota (prinos) i azota koji se primenjuje (unos) putem stajnjaka ili sintetike đubriva. Optimizacijom ovog odnosa ne samo da se povećava produktivnost useva, već se smanjuju i gubici u životnoj sredini kroz pažljiv agronomski menadžment, doprinoseći dugoročnom poboljšanju kvaliteta zemljišta.
Trenutno je globalna prosječna efikasnost iskorišćenja dušika ne prelazi 50%, znatno ispod procijenjenih 67% potrebnih za zadovoljavanje globalnih potreba za hranom 2050., istovremeno osiguravajući da višak dušika ostane unutar prihvatljivih pragova za kvalitet zraka i vode.
Iako se pojavljuju napredna tehnološka rješenja za upravljanje dušikom, poljoprivrednici mogu postići trenutna poboljšanja u efikasnosti korištenja dušika kroz različite metode, uključujući primjenu gnojiva, korištenje azotnih gnojiva sa sporim oslobađanjem, korištenje preciznih alata za primjenu dušika (kao što je Green Seeker) ili primjenom fertigacije putem mikronavodnjavanja.
Optimalna tehnologija
Ostvaren je značajan napredak u razvoju tehnologija za efikasno upravljanje azotom, koje su, u kombinaciji sa odgovarajućim agronomskim praksama, pokazale potencijal za poboljšanje prinosa. Ovaj pristup poboljšava efikasnost upotrebe azota i minimizira višak azota u usevima.
Istraživači ispituju prednosti biološke inhibicije nitrifikacije, mehanizma putem kojeg biljke oslobađaju tvari koje utječu na ciklus dušika u tlu. Ovaj prirodni fenomen, uočen u određenim travama i divljim srodnicima pšenice, igra ključnu ulogu u značajnom smanjenju emisije dušika.
Istraživači su 2007. godine identifikovali osobine biološke nitrifikacije kod srodnika pšenice, a 2018. su uspješno prenijeli ove osobine na razne kineske jare pšenice. Iako su preliminarni rezultati ukazali na nisku produktivnost i još su u ranim fazama razvoja, naučnici su zainteresovani da procene moguću primenu ovog procesa na komercijalne sorte pšenice u budućnosti. Ako bude uspješna, ova tehnologija ima potencijal da značajno utiče na postizanje globalnih ciljeva efikasnosti upotrebe dušika.