Азот є найважливішою поживною речовиною для виробництва сільськогосподарських культур, але також однією з найскладніших для регулювання. Ця сполука життєво важлива для світового сільськогосподарського виробництва. Однак надлишок азоту з добрив вимивається в навколишнє середовище, що призводить до згубних наслідків.
У цій статті ми поговоримо про важливість азоту в сільському господарстві та як певні культури можна живити азотом з повітря.
Яке значення азоту для росту рослин?
Азот відіграє вирішальну роль як для рослин, так і для людини, оскільки він використовується для синтезу амінокислот, які генерують білки, відповідальні за будівництво клітин, і є одним із фундаментальних компонентів ДНК. Крім того, Азот життєво важливий для росту рослин, оскільки він є основним елементом хлорофілу, сполука, яка дозволяє рослинам використовувати енергію сонячного світла для перетворення води та вуглекислого газу на цукор.
Цикл азоту заснований на ряді процесів, за допомогою яких азот переходить з атмосфери в землю, проходить через ґрунт і, нарешті, повертається в атмосферу.
Процес починається з біологічної фіксації азоту, явище, при якому азотфіксуючі бактерії, що мешкають у кореневих бульбочках бобових, перетворюють органічні речовини в амоній, який потім перетворюється на нітрат. Рослини можуть поглинати нітрати з ґрунту та метаболізувати їх у азот, необхідний для їх росту, тоді як денітрифікуючі бактерії сприяють перетворенню надлишку нітратів у неорганічний азот, який згодом викидається в атмосферу.
Надлишок нітратів або нітратів, втрачених через вимивання (коли основні поживні речовини розчиняються дощем або зрошенням), може проникнути та забруднити джерела підземних вод.
Яка роль азотних добрив?
Тисячоліттями людство майже не цікавилося азотом. Однак на початку 20 ст. Стало зрозуміло, що інтенсивна сільськогосподарська практика виснажує рівень нітратів у ґрунті, що викликає побоювання щодо зростання населення планети та неминучої загрози продовольчої кризи.
Після індустріалізації виробництва впровадження синтетичних азотних добрив відіграло вирішальну роль у підвищенні Зелена революція, що призвела до значного зростання глобального сільськогосподарського виробництва, починаючи з кінця 1960-х років. Протягом цього періоду як Мексика, так і країни Індії та Пакистану досягли самозабезпечення у виробництві пшениці, незважаючи на те, що вони були на межі голоду.
У сучасному інтенсивному землеробстві значення синтетичних азотних добрив помітно зросло. На даний момент Світове виробництво перевищує 100 мільйонів метричних тонн цього товару щорічно, і прогнози Продовольчої та сільськогосподарської організації ООН вказують на те, що очікується стабільне зростання попиту, особливо в таких регіонах, як Африка та Південна Азія.
Чи життєздатний він у довгостроковій перспективі?
Зі зростанням глобального попиту проблема управління азотом полягає в постачанні достатньої кількості азоту для задоволення глобальних потреб у продовольчій безпеці, одночасно зменшуючи викиди надлишкового азоту, У 300 разів шкідливіший для навколишнього середовища, ніж вуглекислий газ.
У деяких районах дефіцит азоту перешкоджає досягненню продовольчої та харчової безпеки. Навпаки, в інших регіонах майже п’ятдесят відсотків азотних добрив, що використовуються в сільському господарстві, потрапляє в навколишнє середовище, що призводить до таких негативних наслідків, як підвищення екологічних ризиків, незворотна деградація земель та забруднення водних ресурсів.
Цю проблему можна вирішити, підвищивши ефективність використання азоту, що базується на багатогранному розрахунку, який часто вимагає порівняння між біомасою сільськогосподарських культур (головним чином економічною врожайністю) або вмістом/поглинанням азоту (урожайністю) та азотом, застосованим (введеним) через гній або синтетику добрива. Завдяки оптимізації цього співвідношення не тільки підвищується продуктивність сільськогосподарських культур, але й зменшуються екологічні втрати завдяки ретельному агрономічному менеджменту, що сприяє довгостроковому покращенню якості ґрунту.
В даний час середня глобальна ефективність використання азоту не перевищує 50%, що значно нижче 67%, за оцінками, необхідних для задоволення глобальних потреб у продовольстві в 2050 році, забезпечуючи при цьому, щоб надлишок азоту залишався в межах прийнятних порогів для якості повітря та води.
Незважаючи на те, що з’являються передові технологічні рішення для управління азотом, фермери можуть досягти негайного підвищення ефективності використання азоту за допомогою різних методів, включаючи внесення добрив, використання азотних добрив із повільним вивільненням, використання прецизійних інструментів для внесення азоту (наприклад, Green Seeker) або шляхом впровадження фертигації за допомогою мікрозрошення.
Оптимальна технологія
Було досягнуто значного прогресу в розробці технологій, спрямованих на ефективне управління азотом, які в поєднанні з відповідними агрономічними методами продемонстрували потенціал підвищення врожайності. Цей підхід покращує ефективність використання азоту та мінімізує надлишок азоту в культурах.
Дослідники вивчають переваги біологічного інгібування нітрифікації, механізму, за допомогою якого рослини вивільняють речовини, що впливають на цикл азоту в ґрунті. Це природне явище, яке спостерігається в деяких травах і диких родичах пшениці, відіграє вирішальну роль у значному зниженні викидів азоту.
У 2007 році дослідники виявили ознаки біологічної нітрифікації у родича пшениці, а в 2018 році вони успішно передали ці ознаки різновиду китайської ярої пшениці. Хоча попередні результати свідчать про низьку продуктивність і все ще знаходяться на ранніх стадіях розробки, вчені зацікавлені в оцінці можливого застосування цього процесу до комерційних сортів пшениці в майбутньому. У разі успіху ця технологія може значно вплинути на досягнення глобальних цілей ефективності використання азоту.