В начале XX века немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош разработали метод получения азота из воздуха и его смешивания с водородом. Это было бы одним из величайших научных достижений столетия.
В сочетании эти два элемента образуют жидкий аммиак, ключевой ингредиент синтетических удобрений, который будет стимулировать беспрецедентную сельскохозяйственную экспансию и поможет накормить быстро растущий мир.
Но есть и обратная сторона. За последние 100 лет количество техногенных соединений азота в воде, почве и воздухе удвоилось-увеличение, вызванное в значительной степени широким использованием синтетических удобрений.
Азот необходим для жизни на Земле, но в избытке он является опасным загрязнителем и отравляет водные объекты, растения, животных и людей, одновременно вызывая изменение климата выбросами мощного парникового газа-закиси азота. Несмотря на плохую осведомленность широкой общественности, эксперты называют наводнение избыточным азотом одной из самых серьезных угроз загрязнения, стоящих сегодня перед человечеством.
Проблемы
В начале 19 века в окружающей среде почти не было техногенных соединений азота. Но в последующие годы после прорыва Хабера-Боша их уровень начал стремительно расти из-за массового применения синтетических удобрений и другой человеческой деятельностью, такой как производство боеприпасов и сжигание ископаемого топлива, которые создают химически активные формы азота.
По данным межправительственной научно-политической платформы по биоразнообразию и экосистемным услугам (МПБЭУ), поддерживаемой Организацией Объединенных Наций, сток питательных веществ с ферм, обогащенных синтетическими удобрениями, оказывает негативное воздействие на земные экосистемы. Но пресноводные и морские среды обитания пострадали сильнее всего: периодическое цветение водорослей, как в озере Эри, и “мертвые зоны”, лишенные водной жизни, как в Мексиканском заливе.
Здоровье человека также находится под угрозой. Сельскохозяйственные выбросы аммиака вместе с загрязнением выхлопными газами транспортных средств создают опасные твердые частицы в воздухе и усугубляют респираторные заболевания, включая COVID-19. Одно исследование показало, что загрязнение воздуха может увеличить смертность от COVID-19 на 15 процентов.
Чтобы остановить волну загрязнения азотом, все большее число правительств, компаний и международных организаций, включая программу Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП), сотрудничают с учеными в целях лучшего понимания рисков, связанных с использованием азота человеком, и повышения осведомленности общественности.
С этой целью почти ровно год назад государства-члены Организации Объединенных Наций одобрили Коломбскую декларацию по устойчивому управлению азотом, в которой ставится цель сократить вдвое количество азотных отходов из всех источников к 2030 году.
ЮНЕП также недавно учредила глобальную кампанию “сокращение вдвое азотных отходов”, подчеркнув тот факт, что повышение эффективности использования азота не только способствует достижению целей в области климата, природы и здравоохранения, но и экономит ежегодно 100 миллиардов долларов США во всем мире (оценка основана на половине стоимости глобальных продаж синтетических удобрений).
“Устойчивое использование азота дает тройную выгоду – для экономики, для здоровья человека и для окружающей среды.”
Сьюзан Гарднер, директор отдела экосистем ЮНЕП
Решения
Во всем мире синтетические удобрения обеспечивают основную массу мирового производства продовольствий, и они особенно важны в развивающихся странах. Что, по мнению экспертов, сделает отказ от них сложным. Однако инициатив, направленных на то, чтобы создать более устойчивый способ выращивания продовольствия, предостаточно.
Недавнее исследование Почвенной Ассоциации, базирующейся в Соединенном Королевстве благотворительной организации и сторонника органического земледелия, призывает уделять гораздо больше внимания выбросам закиси азота в глобальном учете парниковых газов и более комплексным усилиям по борьбе с избытком азота как проблемой климата, природы и здоровья, а также стимулам для лучшего управления азотом на уровне фермерских хозяйств.
Но методы органического земледелия не являются единственным примером устойчивого управления продовольствием: агроэкологические подходы, включая сохранение, малозатратное и минимальное земледелие с обработкой почвы, все признаны “позитивными по отношению к природе” и регенеративными практиками.
Согласно исследованию, проведенному центром экологии и гидрологии Соединенного Королевства, от фермы до городской местности 80 процентов азота выбрасывается впустую и теряется в окружающую среду. Более эффективное использование навоза животных и более широкое использование в севооборотах азотфиксирующих культур, таких как бобовые, которые преобразуют азот из воздуха в биологически полезную форму, будет иметь решающее значение для замены синтетического азота в рамках процесса восстановления плодородия почвы.
Что такое азотфиксирующие растения?
Азотфиксирующие растения имеют в своих корнях бактерии-партнеры, способные захватывать динитроген (N2) из атмосферы. Они превращают N2 в аммиак (NH3), который растение может использовать для производства белка, аминокислот и ДНК. Только несколько растений могут достичь этого удивительного трюка - бобовые и плавающий папоротник Азолла. Там, где доступность навоза ограничена, эти растения становятся наиболее важными в системах земледелия, избегающих синтетические азотные удобрение.
Существует консенсус, что все должны лучше использовать навоз и мочу, говорит Марк Саттон, ведущий автор исследования. “Простые действия включают в себя установку крышки на бак для навоза, которая предотвращает потерю аммиака в воздух. Если вы чувствуете запах навоза, это означает, что он уходит в атмосферу”, - говорит он.
“Финансовые стимулы и политическая поддержка будут необходимы для преодоления многих препятствий на пути экологически дружелюбных методов ведения сельского хозяйства”, - говорит Сьюзан Гарднер, руководитель отдела экосистем ЮНЕП. “Но суть остается та же: нам необходимо резко сократить количество реактивного азота, выбрасываемого в окружающую среду из всех источников, особенно из синтетических удобрений, которые представляют собой один из самых больших потоков азота.”
“Устойчивое использование азота дает тройную выгоду – для экономики, для здоровья человека и для окружающей среды.”
Международная система управления азотом (МСУ) - это глобальная научно-вспомогательная система разработки международной политики в области азота, созданная в рамках совместной деятельности ЮНЕП и международной инициативы по азоту. Она поддерживается за счет финансирования глобальным экологическим фондом и около 80 партнеров по проекту в рамках проекта “К МСНС” (2016-2022 годы). МСНС обеспечивает сквозной вклад в многочисленные программы и межправительственные конвенции, имеющие отношение к проблеме азота.
Перевод: Медеа Гиоргадзе