Dusík je nejdůležitější živinou pro produkci plodin, ale také jednou z nejobtížněji regulovatelných. Tato sloučenina je životně důležitá pro globální zemědělskou produkci. Přebytečný dusík z hnojiv se však vyplavuje do prostředí, což vede ke škodlivým účinkům.
V tomto článku budeme hovořit o význam dusíku v zemědělství a jak mohou být některé plodiny živeny dusíkem ze vzduchu.
Jaký je význam dusíku pro růst rostlin?
Dusík hraje klíčovou roli v rostlinách i lidech, protože se používá k syntéze aminokyselin, které vytvářejí proteiny odpovědné za stavbu buněk a tvoří jednu ze základních složek DNA. Kromě, Dusík je životně důležitý pro růst rostlin, protože je hlavním prvkem chlorofylu, sloučenina, která umožňuje rostlinám využít energii slunečního světla k přeměně vody a oxidu uhličitého na cukry.
Cyklus dusíku je založen na řadě procesů, kterými dusík prochází z atmosféry do půdy, prochází půdou a nakonec se vrací do atmosféry.
Proces začíná biologickou fixací dusíku, jev, při kterém bakterie fixující dusík sídlící v kořenových uzlinách luštěnin přeměňují organickou hmotu na amonium, který se následně přemění na dusičnany. Rostliny mohou absorbovat dusičnany z půdy a metabolizovat je na dusík nezbytný pro svůj růst, zatímco denitrifikační bakterie usnadňují přeměnu přebytečných dusičnanů na anorganický dusík, který se následně uvolňuje do atmosféry.
Nadměrné množství dusičnanů nebo dusičnanů ztracených vyluhováním (když jsou základní živiny rozpuštěny deštěm nebo zavlažováním) má potenciál infiltrovat a kontaminovat zdroje podzemní vody.
Jaká je role dusíkatých hnojiv?
Po tisíciletí se lidstvo o dusík do značné míry nezajímalo. Na počátku 20. století však Ukázalo se, že intenzivní zemědělské postupy snižují hladinu dusičnanů v půdě, což vede k obavám ohledně rostoucí celosvětové populace a bezprostřední hrozby potravinové krize.
Po industrializaci výroby sehrálo zásadní roli při posilování zavedení syntetických dusíkatých hnojiv Zelená revoluce, vedoucí k podstatnému nárůstu celosvětové zemědělské produkce počínaje koncem 1960. let XNUMX. století. Během tohoto období, jak Mexiko, tak národy Indie a Pákistánu dosáhly soběstačnosti v produkci pšenice, přestože byly na pokraji hladomoru.
V současné intenzivní zemědělské praxi význam syntetických dusíkatých hnojiv výrazně vzrostl. Momentálně, Celosvětová produkce přesahuje 100 milionů metrických tun této komodity ročněa projekce Organizace OSN pro výživu a zemědělství naznačují, že se očekává, že poptávka bude neustále narůstat, zejména v regionech, jako je Afrika a jižní Asie.
Je to dlouhodobě životaschopné?
S rostoucí celosvětovou poptávkou spočívá problém hospodaření s dusíkem v dodávce dostatečného množství dusíku pro pokrytí globálních potřeb potravinové bezpečnosti a zároveň snížení uvolňování přebytečného dusíku, 300krát škodlivější pro životní prostředí než oxid uhličitý.
V určitých oblastech nedostatek dusíku brání dosažení potravinové a nutriční bezpečnosti. Naproti tomu v jiných regionech téměř padesát procent dusíkatých hnojiv používaných v zemědělství uniká do životního prostředí, což vede k nepříznivým vlivům, jako je např. zvýšená environmentální rizika, nevratná degradace půdy a kontaminace vodních zdrojů.
Tento problém lze vyřešit zlepšením účinnosti využívání dusíku, který je založen na mnohostranném výpočtu, který často vyžaduje srovnání mezi biomasou plodin (hlavně ekonomickým výnosem) nebo obsahem/absorpcí dusíku (výnos) a dusíkem aplikovaným (vstup) prostřednictvím hnoje nebo syntetických látek hnojiva. Optimalizací tohoto vztahu se nejen zvyšuje produktivita plodin, ale díky pečlivému agronomickému řízení se také snižují ztráty na životním prostředí, což přispívá k dlouhodobému zlepšování kvality půdy.
V současné době je celosvětově průměrná účinnost využití dusíku nepřesahuje 50 %, což je výrazně méně než odhadovaných 67 % nezbytných k pokrytí celosvětové poptávky po potravinách v roce 2050a zároveň zajistit, aby přebytek dusíku zůstal v rámci přijatelných prahových hodnot pro kvalitu ovzduší a vody.
Přestože se objevují pokročilá technologická řešení pro hospodaření s dusíkem, zemědělci mohou dosáhnout okamžitého zlepšení účinnosti využívání dusíku prostřednictvím různých metod, včetně aplikace hnojiv, používání dusíkatých hnojiv s pomalým uvolňováním, použití přesných nástrojů pro aplikaci dusíku (jako je Green Seeker) nebo prováděním fertigace pomocí mikrozavlažování.
Optimální technologie
Významného pokroku bylo dosaženo ve vývoji technologií zaměřených na efektivní hospodaření s dusíkem, které v kombinaci s vhodnými agronomickými postupy prokázaly potenciál ke zlepšení výnosů plodin. Tento přístup zlepšuje účinnost využití dusíku a minimalizuje přebytek dusíku v plodinách.
Výzkumníci zkoumají výhody biologické inhibice nitrifikace, mechanismu, kterým rostliny uvolňují látky ovlivňující koloběh dusíku v půdě. Tento přírodní jev, pozorovaný u některých trav a volně žijících příbuzných pšenice, hraje zásadní roli při výrazném snižování emisí dusíku.
V roce 2007 vědci identifikovali biologické nitrifikační vlastnosti u příbuzného pšenice a v roce 2018 tyto vlastnosti úspěšně přenesli na různé čínské jarní pšenice. Přestože předběžné výsledky naznačovaly nízkou produktivitu a jsou stále v raných fázích vývoje, vědci mají zájem vyhodnotit možnou aplikaci tohoto procesu na komerční odrůdy pšenice v budoucnu. Pokud bude tato technologie úspěšná, má potenciál významně ovlivnit dosažení globálních cílů účinnosti využívání dusíku.