Dušik je najbitniji nutrijent za proizvodnju usjeva, ali i jedan od onih koje je najteže regulirati. Ovaj spoj je vitalan za globalnu poljoprivrednu proizvodnju. Međutim, višak dušika iz gnojiva ispire se u okoliš, što dovodi do štetnih učinaka.
U ovom članku ćemo govoriti o važnost dušika u poljoprivredi i kako se određeni usjevi mogu hraniti dušikom iz zraka.
Koja je važnost dušika za rast biljaka?
Dušik igra ključnu ulogu iu biljkama iu ljudima, budući da se koristi za sintezu aminokiselina koje generiraju proteine odgovorne za izgradnju stanica i čini jednu od temeljnih komponenti DNK. Osim toga, Dušik je vitalan za rast biljaka, budući da je glavni element klorofila, spoj koji omogućuje biljkama da iskoriste energiju sunčeve svjetlosti za pretvaranje vode i ugljičnog dioksida u šećere.
Ciklus dušika temelji se na nizu procesa 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 vežu dušik koje žive u korijenskim kvržicama mahunarki pretvaraju organsku tvar u amonij, koji se zatim pretvara u nitrat. Biljke mogu apsorbirati nitrat iz tla i metabolizirati ga u dušik neophodan za njihov rast, dok denitrifikacijske bakterije olakšavaju pretvorbu viška nitrata u anorganski dušik, koji se potom ispušta u atmosferu.
Prekomjerna količina nitrata ili onog izgubljenog ispiranjem (kada se esencijalne hranjive tvari otope kišom ili navodnjavanjem) ima potencijal za infiltraciju i kontaminaciju izvora podzemne vode.
Koja je uloga dušičnih gnojiva?
Tisućljećima se čovječanstvo uglavnom nije brinulo za dušik. Međutim, početkom 20.st. Postalo je jasno da intenzivne poljoprivredne prakse smanjuju razinu nitrata u tlu, što je dovelo do bojazni u vezi s rastućom globalnom populacijom i neposrednom prijetnjom krize hrane.
Nakon industrijalizacije proizvodnje, uvođenje sintetičkih dušičnih gnojiva odigralo je ključnu ulogu u poticanju Zelena revolucija, koja je dovela do značajnog povećanja globalne poljoprivredne proizvodnje počevši od kasnih 1960-ih. Tijekom tog razdoblja, i Meksiko i narodi Indije i Pakistana postigli su samodostatnost u proizvodnji pšenice, unatoč tome što su bili na rubu gladi.
U suvremenoj intenzivnoj poljoprivrednoj praksi značajno je porastao značaj sintetskih dušičnih gnojiva. U trenutku, Globalna proizvodnja prelazi 100 milijuna metričkih tona ove robe godišnje, a projekcije Organizacije za hranu i poljoprivredu Ujedinjenih naroda pokazuju da se očekuje stalni porast potražnje, osobito u regijama kao što su Afrika i Južna Azija.
Je li održiv dugoročno?
Uz sve veću globalnu potražnju, izazov upravljanja dušikom leži u opskrbi dovoljno dušika kako bi se zadovoljile globalne potrebe za sigurnošću hrane uz istovremeno smanjenje ispuštanja viška dušika, 300 puta štetniji za okoliš od ugljičnog dioksida.
U određenim područjima nedostatak dušika sprječava postizanje prehrambene i nutritivne sigurnosti. Nasuprot tome, u drugim regijama, gotovo pedeset posto dušičnih gnojiva korištenih u poljoprivredi bježi u okoliš, što dovodi do štetnih učinaka kao što su povećani rizici za okoliš, nepovratna degradacija tla i onečišćenje vodnih resursa.
Ovo se pitanje može riješiti poboljšanjem učinkovitosti korištenja dušika, što se temelji na višestrukom izračunu koji često zahtijeva usporedbu između biomase usjeva (uglavnom ekonomskog prinosa) ili sadržaja/unosa dušika (prinos) i dušika primijenjenog (unesenog) putem stajnjaka ili sintetike gnojiva. Optimiziranjem ovog odnosa, ne samo da se povećava produktivnost usjeva, već se smanjuju i gubici u okolišu kroz precizno agronomsko upravljanje, što pridonosi dugoročnom poboljšanju kvalitete tla.
Trenutno je globalna prosječna učinkovitost iskorištenja dušika ne prelazi 50%, znatno ispod 67% procijenjenih potrebnih za zadovoljenje globalnih potreba za hranom 2050., osiguravajući da višak dušika ostane unutar prihvatljivih pragova za kvalitetu zraka i vode.
Iako se pojavljuju napredna tehnološka rješenja za upravljanje dušikom, poljoprivrednici mogu postići neposredna poboljšanja učinkovitosti korištenja dušika različitim metodama, uključujući primjenu gnojiva, upotrebu dušikovih gnojiva sa sporim otpuštanjem, korištenje preciznih alata za primjenu dušika (kao što je Green Seeker) ili provedbom fertirigacije putem mikroirigacije.
Optimalna tehnologija
Značajan napredak postignut je u razvoju tehnologija usmjerenih na učinkovito upravljanje dušikom, koje su, u kombinaciji s odgovarajućim agronomskim praksama, pokazale potencijal za poboljšanje prinosa usjeva. Ovaj pristup poboljšava učinkovitost korištenja dušika i smanjuje višak dušika u usjevima.
Istraživači ispituju prednosti biološke inhibicije nitrifikacije, mehanizma kojim biljke otpuštaju 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 emisija dušika.
Godine 2007. istraživači su identificirali svojstva biološke nitrifikacije kod rođaka pšenice, a 2018. uspješno su prenijeli ta svojstva na različite vrste kineske proljetne pšenice. Iako su preliminarni rezultati ukazivali na nisku produktivnost i još su u ranim fazama razvoja, znanstvenici su zainteresirani za procjenu moguće primjene ovog procesa na komercijalne sorte pšenice u budućnosti. Ako bude uspješna, ova tehnologija ima potencijal značajno utjecati na postizanje globalnih ciljeva učinkovitosti korištenja dušika.