في بداية القرن العشرين ، طور الكيميائيون الألمان فريتز هابر وكارل بوش طريقة لأخذ النيتروجين من الهواء وخلطه بالهيدروجين. سيثبت أنه أحد أعظم التطورات العلمية في القرن.
معًا ، صنع هذان العنصران الأمونيا السائلة ، وهي مكون رئيسي في الأسمدة الاصطناعية ، والتي من شأنها أن تؤدي إلى توسع زراعي غير مسبوق وتساعد في تغذية عالم سريع النمو.
لكن كان هناك جانب سلبي. خلال المائة عام الماضية ، كانت كمية مركبات النيتروجين التي يصنعها الإنسان في الماء والتربة والهواء تضاعفت - زيادة مدفوعة في جزء كبير منها بانتشار استخدام الأسمدة الاصطناعية.
يعتبر النيتروجين ضروريًا للحياة على الأرض ، ولكنه يعد ملوثًا خطيرًا ، كما أنه يتسبب في تسمم المسطحات المائية والنباتات والحيوانات والبشر ، بينما يؤدي إلى تغير المناخ من خلال انبعاثات غازات الاحتباس الحراري القوية ، أكسيد النيتروز. على الرغم من عدم معرفته لعامة الناس ، يصف الخبراء تدفق النيتروجين الزائد بأنه أحد أخطر تهديدات التلوث التي تواجه البشرية اليوم.
التحديات
في بداية القرن التاسع عشر ، لم يكن هناك تقريبًا أي مركبات نيتروجين من صنع الإنسان في البيئة. ولكن في السنوات التي أعقبت اختراق Haber-Bosch ، بدأت مستوياتها في الارتفاع ، مدفوعة بالامتصاص الهائل للأسمدة الاصطناعية والأنشطة البشرية الأخرى مثل تصنيع الذخائر وحرق الوقود الأحفوري ، وكلاهما يخلق أشكالًا كيميائية تفاعلية من النيتروجين .
أثر جريان المغذيات من المزارع المزروعة بالأسمدة الاصطناعية سلبًا على النظم البيئية للأراضي ، وفقًا للمنصة الحكومية الدولية للعلوم والسياسات في مجال التنوع البيولوجي وخدمات النظم الإيكولوجية (IPBES) التي تدعمها الأمم المتحدة. لكن موائل المياه العذبة والبحرية تضررت بشدة ، مع تكاثر الطحالب المتكررة مثل بحيرة إيري ، و "المناطق الميتة" مجردة من الحياة المائية كما هو الحال في خليج المكسيك ، كما تقول.
صحة الإنسان في خطر أيضا. يمكن أن تتحد انبعاثات الأمونيا الزراعية مع التلوث الناجم عن عوادم المركبات لتكوين جسيمات خطيرة في الهواء وتفاقم أمراض الجهاز التنفسي ، بما في ذلك COVID-19. واحد دراسة قدرت أن تلوث الهواء قد يزيد الوفيات المرتبطة بـ COVID-19 بنسبة 15 في المائة.
لوقف موجة التلوث بالنيتروجين ، عمل عدد متزايد من الحكومات والشركات والهيئات الدولية ، بما في ذلك برنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP) ، مع العلماء لفهم المخاطر المرتبطة بالاستخدام البشري للنيتروجين بشكل أفضل ، ولزيادة الوعي. .
وتحقيقا لهذه الغاية ، أيدت الدول الأعضاء في الأمم المتحدة قبل عام تقريبا إعلان كولومبو بشأن الإدارة المستدامة للنيتروجين، والذي يضع طموحًا لخفض نفايات النيتروجين من جميع المصادر إلى النصف بحلول عام 2030.
كما أنشأ برنامج الأمم المتحدة للبيئة مؤخرًا الحملة العالمية "خفض نفايات النيتروجين إلى النصف" ، مما يبرز حقيقة أن تحسين كفاءة استخدام النيتروجين لا يدعم فقط أهداف المناخ والطبيعة والصحة ولكن أيضًا يوفر 100 مليار دولار أمريكي سنويًا على مستوى العالم (تقدير يستند إلى نصف قيمة المبيعات العالمية للأسمدة الاصطناعية).
الحلول
على الصعيد العالمي ، تعتبر الأسمدة الاصطناعية وراء الجزء الأكبر من إنتاج الغذاء العالمي وهي مهمة بشكل خاص في البلدان النامية. هذا ، كما يقول الخبراء ، سيجعل الانتقال بعيدًا عنهم صعبًا. ومع ذلك ، فإن المبادرات الرامية إلى إيجاد طريقة أكثر استدامة لزراعة الغذاء وفيرة.
دراسة حديثة من Soil Association ، وهي مؤسسة خيرية مقرها المملكة المتحدة وداعية للزراعة العضوية ، تدعو إلى مزيد من الاهتمام بانبعاثات أكسيد النيتروز في المحاسبة العالمية لغازات الاحتباس الحراري ؛ جهود أكثر تكاملاً لمعالجة فائض النيتروجين كقضية مناخية وطبيعة وصحية ؛ والحوافز لتحسين إدارة النيتروجين على مستوى المزرعة.
لكن طرق الزراعة العضوية ليست المثال الوحيد لإدارة المغذيات المستدامة: المناهج الايكولوجية الزراعية، بما في ذلك الحفظ ، والزراعة منخفضة المدخلات ، والحد الأدنى من الحرث ، كلها معترف بها على أنها ممارسات "إيجابية للطبيعة" وتجديدية.
من المزرعة إلى الشوكة ، 80 في المائة من النيتروجين يضيع ويضيع في البيئة، وفقًا لدراسة أجراها مركز علم البيئة والهيدرولوجيا في المملكة المتحدة. سيكون الاستخدام الأكثر كفاءة للسماد الحيواني والاستخدام الأكبر ، في الدورات ، للمحاصيل المثبتة للنيتروجين - مثل البقوليات التي تحول النيتروجين من الهواء إلى شكل مفيد بيولوجيًا - أمرًا بالغ الأهمية لاستبدال النيتروجين الاصطناعي كجزء من عملية إعادة البناء خصوبة التربة.
ما هي محطات تثبيت النيتروجين؟
تحتوي النباتات المثبتة للنيتروجين على بكتيريا شريكة في جذورها قادرة على انتزاع ثنائي النيتروجين (N2) خارج الغلاف الجوي. قاموا بتحويل N.2 في الأمونيا (NH3) ، والتي يمكن للنبات استخدامها لصنع البروتين والأحماض الأمينية والحمض النووي. فقط عدد قليل من النباتات يمكنها تحقيق هذه الحيلة المذهلة ، مثل عائلة البازلاء (البقوليات) والسرخس العائم أزولا. عندما يكون توافر السماد الطبيعي محدودًا ، تصبح هذه النباتات مهمة جدًا في أنظمة الزراعة التي تهدف إلى تجنب الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية.
يقول مارك سوتون ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، إن هناك إجماعًا على أنه يجب على الجميع استخدام السماد والبول بشكل أفضل. تشمل الإجراءات البسيطة وضع غطاء على خزان السماد ، مما يمنع فقدان الأمونيا في الهواء. إذا استطعت شم رائحة الروث ، فهذا يعني أنك تهدره في الجو ".
تقول سوزان غاردنر ، رئيسة قسم النظم البيئية في برنامج الأمم المتحدة للبيئة: "ستكون الحوافز المالية والمشاركة السياسية ضرورية للتغلب على العديد من العقبات التي تعترض طريق أساليب الزراعة الخفيفة بالنيتروجين". "لكن يبقى المحصلة النهائية: نحن بحاجة إلى تقليل كمية النيتروجين التفاعلي التي يتم إطلاقها في البيئة من جميع المصادر ، وخاصة من الأسمدة الاصطناعية التي تمثل أحد أكبر تدفقات النيتروجين."
وتضيف: "يوفر الاستخدام المستدام للنيتروجين مكسبًا ثلاثيًا - للاقتصاد وصحة الإنسان والبيئة".
النظام الدولي لإدارة النيتروجين (INMS) هو نظام دعم علمي عالمي لتطوير سياسة النيتروجين الدولية ، تم إنشاؤه كنشاط مشترك لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة ومبادرة النيتروجين الدولية. وهي مدعومة بتمويل من مرفق البيئة العالمية وحوالي 80 شريكًا في المشروع من خلال مشروع "نحو INMS" (2016-2022). يوفر INMS مساهمة شاملة لعدة برامج واتفاقيات حكومية دولية ذات صلة بتحدي النيتروجين.
