Почему глобальное потепление увеличит осаждение азота

Авторы

1. И Лин Нг Научный сотрудник Мельбурнского университета
2. Дели Чен Профессор Мельбурнского университета
3. Роберт Эдис, почвовед, Австралийский центр международных сельскохозяйственных исследований

Автор

1. Ся Лян Кандидат наук, Мельбурнский университет

Заявление о раскрытии информации

И Линг Нг работает в Мельбурнском университете. Она получает финансирование от правительства Содружества.

Deli Chen получает финансирование от Австралийского исследовательского совета, Meat Livestock Australia, Австралийского центра международных сельскохозяйственных исследований.

Роберт Эдис получает финансирование от Австралийского центра международных сельскохозяйственных исследований (ACIAR). Он связан и работает в ACIAR.

Эмма Лян получает финансирование от Meat and Livestock Australia и Австралийско-китайского совместного исследовательского центра Мельбурнского университета.

Партнеры

Университет Мельбурна предоставляет финансирование в качестве партнера-основателя The Conversation AU.

В то время как загрязнение углеродом получает все заголовки за свою роль в изменении климата, загрязнение азотом, возможно, является более сложной проблемой. Каким-то образом нам нужно выращивать больше еды, чтобы накормить растущее население, сводя при этом к минимуму проблемы, связанные с использованием азотных удобрений.

Только в Европе ущерб окружающей среде и здоровью человека от загрязнения азотом оценивается в 70-320 миллиардов евро в год.

Выбросы азота, такие как аммиак, оксид азота и закиси азота, способствуют образованию твердых частиц и кислотным дождям. Они вызывают проблемы с дыханием и рак у людей, а также наносят ущерб лесам и зданиям.

Азотистые газы также играют важную роль в глобальном изменении климата. Закись азота является особенно мощным парниковым газом, поскольку он более чем в 300 раз эффективнее удерживает тепло в атмосфере, чем углекислый газ.

Азот из удобрений, сточных вод домашнего скота и человеческих сточных вод способствует росту водорослей и вызывает загрязнение воды. Предполагаемый счет за ущерб Большому Барьерному рифу в размере 8,2 миллиарда австралийских долларов является напоминанием о том, что наш выбор на суше оказывает большое влияние на землю, воду и воздух вниз по течению.

Потеря азота также наносит ущерб фермерам, поскольку представляет собой снижение потенциального роста урожая или бесполезную трату удобрений.Это воздействие наиболее остро сказывается на мелких фермерах в развивающихся странах, для которых азотные удобрения часто являются самой большой статьей расходов на сельское хозяйство. Снижение производства из-за потери азота может составлять до 25% дохода домохозяйства.

Решение проблемы азота должно быть связано с сочетанием технологических инноваций, политики и действий потребителей.

Основной ингредиент

Азот является важным строительным блоком для аминокислот, белков и ДНК. От этого зависит рост растений; животные и люди получают его от употребления в пищу растений или других животных.

Газообразный азот (N₂) составляет 78% воздуха, но он не может использоваться растениями. Удобрения обычно изготавливаются из аммиака, формы азота, которую предпочитают растения.

Спустя столетие после того, как разработка процесса Габера-Боша дала нам возможность производить азотные удобрения, наш спрос на них до сих пор не выровнялся.

Использование азотных удобрений увеличилось с 11 миллионов тонн в 1961 году до 108 миллионов тонн в 2014 году. Поскольку уровень углекислого газа в атмосфере продолжает расти, некоторым растениям, таким как зерновые, также, вероятно, потребуется больше азота.

Фактически, азот из удобрений в настоящее время составляет более половины белка в рационе человека. Тем не менее, около 50% внесенного азота теряется в окружающей среде со стоком воды с полей, отходами животноводства и выбросами газов в результате метаболизма почвенных микробов.

Эти потери увеличивались на протяжении десятилетий по мере увеличения использования азотных удобрений. Реактивный азот наносит обширный ущерб и причинит еще больший ущерб, если не ограничить потери азота.

Столкнувшись с растущим населением и изменением климата, нам как никогда необходимо оптимизировать использование азота и свести к минимуму потери.

От фермы до вилки

Один из способов понять, как мы используем азот, — это посмотреть на наш азотный след — количество загрязнителей азотом, выбрасываемых в окружающую среду из продуктов питания, жилья, транспорта, товаров и услуг.

Исследование кандидата наук Мельбурнского университета Эммы Лян показывает, что Австралия имеет большой азотный след. По 47 кг азота на человека в год Австралия намного опережает США, которые получили 28 кг азота на человека.

Диета с высоким содержанием животного белка, по-видимому, является причиной большого азотного следа Австралии. Потребление продуктов животного происхождения составляет 82% пищевого азотного следа Австралии.

Продукты животного происхождения несут большие затраты азота по сравнению с продуктами растительного происхождения. Оба продукта начинают с одинаковой стоимости азота в результате выращивания сельскохозяйственных культур, но происходят значительные дальнейшие потери, поскольку животное потребляет пищу на протяжении всего своего жизненного цикла.

Проект N-Footprint призван помочь отдельным лицам и организациям рассчитать свой азотный след. Он показывает, как каждый из нас может влиять на загрязнение азотом посредством нашего повседневного выбора.

Мы можем выбрать белковую диету с меньшим азотным следом, такую ​​как овощи, курица и морепродукты, вместо говядины и баранины. Мы можем сократить количество пищевых отходов, покупая меньше (и чаще, если необходимо) и компостируя пищевые отходы. Хорошая новость заключается в том, что если мы сократим наш азотный след, мы также уменьшим углеродный след.

Вернуться на ферму

Тем временем усилия по более эффективному использованию азота на фермах должны продолжаться. Мы лучше понимаем потери азота из почвы с помощью микрометрологических методов.

Начав сидеть на солнце с пластиковыми ведрами, стеклянными флаконами и шприцами, ученые теперь используют высокие башни и лазеры для обнаружения небольших изменений концентрации газа на больших площадях и отправляют результаты прямо на наши компьютеры.

Теперь мы знаем, что нитрификация (когда аммиак превращается в нитраты) вносит важный вклад в потери азота и, следовательно, в изменение климата и ущерб экосистемам. Это процесс, который исследователи и фермеры стремятся сократить потери азота.

Ингибиторы нитрификации в настоящее время используются в коммерческих целях для сохранения азота в аммонийной форме, которую предпочитают растения, и для предотвращения накопления нитратов, которые легче теряются в окружающей среде.

По мере развития этой технологии мы начинаем отвечать на вопрос, как эти ингибиторы влияют на микробные сообщества, поддерживающие здоровье нашей почвы и формирующие основу экосистем.

Например, наше исследование показывает, что 3,4-диметилпиразолфосфат (более известный как DMPP) ингибирует нитрификацию, не влияя на разнообразие микробного сообщества почвы.

Были также интересные наблюдения, что корневая система некоторых тропических трав подавляет нитрификацию. Это открывает возможность управления для замедления скорости нитрификации в окружающей среде с использованием генетических подходов.

Решение проблемы использования азота потребует исследования более эффективных способов использования азота первичными производителями, но также потребуется лидерство со стороны правительства и выбор потребителями, чтобы меньше тратить или потреблять больше растительного белка. Эти инструменты сделают доводы в пользу перемен более ясными, а задачу накормить мир — более экологичной.

4-8 декабря ведущие международные исследователи встречаются в Мельбурне на 7-й Международной конференции по инициативе по азоту, чтобы обсудить лучшие новые решения проблем использования азота. Чтобы более подробно изучить эти вопросы, посетите веб-сайт INI2016 или присоединитесь к экспертам в области продуктов питания и производства на форуме Good Food for 9 Billion: Community Forum.