در آغاز قرن بیستم ، شیمی دانان آلمانی ، فریتس هابر و کارل بوش ، روشی را برای گرفتن نیتروژن از هوا و ترکیب آن با هیدروژن ایجاد کردند. ثابت خواهد شد که یکی از پیشرفتهای بزرگ علمی قرن است.
با ترکیب این دو عنصر ، آمونیاک مایع ، ماده اصلی کودهای مصنوعی ساخته شده است که باعث توسعه بی سابقه کشاورزی و کمک به تغذیه جهانی با رشد سریع می شود.
اما یک نقطه ضعف وجود دارد. در طی 100 سال گذشته ، مقدار ترکیبات نیتروژن ساخته شده توسط انسان در آب ، خاک و هوا دو برابر شده است - افزایشی که در بیشتر موارد به دلیل استفاده گسترده از کودهای مصنوعی به وجود آمده است.
نیتروژن برای زندگی در کره زمین ضروری است ، اما بیش از حد ، یک آلاینده خطرناک است و باعث مسمومیت اجسام آب ، گیاهان ، حیوانات و انسان می شود ، در حالی که باعث ایجاد تغییرات آب و هوا از طریق انتشار گازهای گلخانه ای قوی ، اکسید نیتروژن می شود. گرچه برای عموم مردم کمی شناخته شده است ، اما کارشناسان سیل نیتروژن اضافی را یکی از شدیدترین تهدیدهای آلودگی انسان های امروزی می دانند.
چالش ها
در آغاز قرن نوزدهم ، تقریباً هیچ ترکیب نیتروژن ساخته شده توسط بشر در محیط وجود نداشت. اما در سالهای پس از دستیابی به موفقیت هابر-بوش ، سطح آنها به سرعت افزایش می یابد ، که ناشی از جذب گسترده کودهای مصنوعی و سایر فعالیتهای انسانی مانند تولید مهمات و سوزاندن سوختهای فسیلی است ، که هر دو فرمهای شیمیایی واکنش نیتروژن ایجاد می کنند. .
طبق برنامه غذایی بین المللی و سیاست های علوم دولتی بین المللی در مورد تنوع زیستی و خدمات اکوسیستم (IPBES) ، رواناب های مغذی موجود در مزارع با کود مصنوعی بر اکوسیستم های زمینی تأثیر منفی گذاشته است. اما زیستگاه های آب شیرین و دریایی با شکوفه های مکرر جلبک مانند دریاچه اری و "مناطق مرده" می گوید ، از حیوانات آبزی مانند خلیج مکزیک محروم است.
سلامت انسان نیز در معرض خطر است. انتشار آمونیاک کشاورزی می تواند با آلودگی حاصل از اگزوز وسایل نقلیه همراه باشد و ذرات خطرناکی را در هوا ایجاد کرده و بیماری های تنفسی از جمله COVID-19 را تشدید کند. یکی مطالعه تخمین زده است که آلودگی هوا ممکن است مرگ و میر مرتبط با COVID-19 را 15 درصد افزایش دهد.
برای مهار موج آلودگی نیتروژن ، تعداد فزاینده ای از دولت ها ، شرکت ها و نهادهای بین المللی ، از جمله برنامه محیط زیست سازمان ملل (UNEP) ، برای درک بهتر خطرات مرتبط با استفاده از نیتروژن توسط انسان و افزایش آگاهی ، با دانشمندان همکاری کرده اند. .
به همین منظور ، تقریباً دقیقاً یک سال پیش ، کشورهای عضو سازمان ملل متحد این موارد را تأیید کردند بیانیه کلمبو در مورد مدیریت پایدار نیتروژن، که آرزو می کند تا سال 2030 ضایعات نیتروژن از همه منابع را به نصف برساند.
UNEP همچنین اخیراً کمپین جهانی "نصف اتلاف نیتروژن" را تأسیس کرده و این واقعیت را برجسته کرده است که بهبود کارایی استفاده از نیتروژن نه تنها از اهداف آب و هوا ، طبیعت و بهداشت حمایت می کند ، بلکه همچنین سالانه 100 میلیارد دلار در جهان صرفه جویی می کند (برآوردی که بر اساس نیمی از ارزش فروش جهانی کود مصنوعی است).
مزایا
در سطح جهانی ، کودهای مصنوعی عمده تولید جهانی مواد غذایی را تشکیل می دهند و از اهمیت ویژه ای در کشورهای در حال توسعه برخوردارند. به گفته کارشناسان ، این امر باعث می شود که انتقال از آنها چالش برانگیز باشد. با این حال ، ابتکارات برای دستیابی به روش پایدارتر برای پرورش مواد غذایی ، فراوان است.
یک مطالعه اخیر از انجمن Soil ، خیریه مستقر در انگلستان و مدافع کشاورزی ارگانیک ، خواستار توجه بیشتر به انتشار اکسید نیتروژن در حسابداری جهانی گازهای گلخانه ای است. تلاش های یکپارچه تر برای مقابله با بیش از حد نیتروژن به عنوان آب و هوا ، طبیعت و مسئله بهداشت و مشوق هایی برای مدیریت بهتر نیتروژن در سطح مزرعه.
اما روش های کشاورزی ارگانیک تنها مثال مدیریت پایدار مواد مغذی نیستند: رویکردهای کشت کشاورزی، از جمله کشاورزی ، حفاظت کم ، و حداقل خاک ورزی ، همه به عنوان اقدامات "طبیعی مثبت" و احیا شناخته می شوند.
از مزرعه به چنگال ، 80 درصد نیتروژن هدر می رود و به محیط زیست از بین می رود، طبق مطالعه انجام شده توسط مرکز اکولوژی و هیدرولوژی در انگلستان. استفاده کارآمدتر از کود حیوانی و استفاده بیشتر ، در تناوب ، از محصولات تثبیت کننده نیتروژن - مانند حبوبات که نیتروژن را از هوا به شکلی از نظر بیولوژیکی تبدیل می کنند - برای جایگزینی نیتروژن مصنوعی به عنوان بخشی از روند بازسازی بسیار مهم خواهد بود. حاصلخیزی خاک
گیاهان تثبیت کننده ازت کدامند؟
گیاهان تثبیت کننده نیتروژن باکتریهای شریک در ریشه دارند که قادر به گرفتن دی نیتروژن هستند (N2) خارج از جو آنها N را تبدیل می کنند2 به آمونیاک (NH) تبدیل می شود3) ، که گیاه می تواند برای ساخت پروتئین ، اسیدهای آمینه و DNA استفاده کند. فقط چند گیاه می توانند به این ترفند شگفت انگیز مانند خانواده نخود (حبوبات) و سرخس شناور آزولا دست یابند. در صورت محدود بودن کود دامی ، این گیاهان در سیستم های کشاورزی با هدف جلوگیری از کودهای ازت مصنوعی بسیار مهم می شوند.
مارک ساتون ، نویسنده اصلی مطالعه ، می گوید که همه باید از کود و ادرار بهتر استفاده کنند. "اقدامات ساده عبارتند از قرار دادن درب در مخزن کود ، که مانع از دست رفتن آمونیاک در هوا می شود. اگر بوی کود خود را حس کنید ، به این معنی است که آن را برای جو هدر می دهید. "
سوزان گاردنر ، رئیس بخش اکوسیستم های UNEP می گوید: "انگیزه های مالی و خرید سیاسی برای غلبه بر بسیاری از موانع موجود در راه روش های تولید نیتروژن نور لازم است." "اما نکته اساسی: ما باید میزان نیتروژن واکنشی را که از همه منابع به ویژه از کودهای مصنوعی که یکی از بزرگترین جریانهای نیتروژن را نشان می دهند ، به محیط زیست منتقل می کنیم ، به طرز چشمگیری کاهش دهیم."
وی می افزاید: "استفاده پایدار از ازت یک پیروزی سه گانه - برای اقتصاد ، سلامت انسان و محیط زیست است."
سیستم بین المللی مدیریت نیتروژن (INMS) یک سیستم جهانی پشتیبانی علمی برای توسعه سیاست بین المللی نیتروژن است که به عنوان فعالیت مشترک UNEP و طرح بین المللی نیتروژن تاسیس شده است. این برنامه با بودجه از طریق تسهیلات جهانی محیط زیست و حدود 80 شریک پروژه از طریق پروژه "به سوی INMS" (2016-2022) پشتیبانی می شود. INMS مشارکت مقطعی در برنامه های متعدد و کنوانسیون های بین دولتی مرتبط با چالش نیتروژن فراهم می کند.
