Чтобы спасти Землю, необходимо улучшить использование азота на более голодной планете

Сегодня более половины населения мира питается продуктами питания, выращенными с использованием удобрений, содержащих синтетический азот, который необходим для получения высоких урожаев. Растения забирают азот, необходимый им для роста, а его избыток остается в земле, воде и воздухе.

Это приводит к значительным выбросам закиси азота, мощного парникового и озоноразрушающего газа, а также к другим формам загрязнения азотом, включая эвтрофикацию озер и рек и загрязнение питьевой воды.Учитывая растущие потребности мира в продуктах питания, использование азотных удобрений, вероятно, увеличится.

Однако использование слишком большого количества удобрений приведет к увеличению загрязнения водных путей и воздуха. Согласно исследованию, опубликованному в Nature, необходимо более эффективное использование удобрений, что принесет пользу как производству продуктов питания, так и окружающей среде.Этот доклад, подготовленный Принстонским университетом, является одним из первых, кто проводит глобальный анализ «эффективности использования азота» — показателя количества азота, потребляемого растением для роста, по сравнению с тем, что остается в качестве загрязнения.

Изучая данные об урожае удобрений и урожая в таких регионах, как США, Западная Европа и Африка к югу от Сахары, исследователи изучили, как политика и рыночные условия повлияли на использование фермерами азотных удобрений за последние пять десятилетий.Основываясь на своих выводах, исследователи предлагают конкретные цели по использованию азота в зависимости от региона и типа сельскохозяйственных культур, чтобы соответствовать прогнозам глобального спроса на продукты питания к 2050 году и целям рационального использования окружающей среды.

В настоящее время средний мировой показатель эффективности использования азота составляет примерно 0,4, что означает, что 40 процентов общего азота, добавляемого в пахотные земли, идет на собранный урожай, а 60 процентов теряется в окружающей среде. Чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду, исследователи призывают увеличить среднюю глобальную эффективность использования азота до 70 процентов, чтобы в окружающую среду терялось только 30 процентов общего азота. Для достижения этой цели исследователи приводят примеры конкретных целей к 2050 году для различных регионов, которые учитывают различия в экологических и социально-экономических условиях.

Исследователи пишут, что эти цели можно использовать в тандеме с Целями устойчивого развития ООН, опубликованными в сентябре 2015 года.«Эффективность использования азота была предложена Организацией Объединенных Наций как способ оценки подходов, которые уменьшают потери азота при сохранении или повышении урожайности сельскохозяйственных культур.

Наша работа усиливает ее потенциал», — сказала соавтор исследования Дениз Маузералл, профессор экологической инженерии и международных отношений. в Принстонской школе общественных и международных отношений им. Вудро Вильсона и ее инженерной школе. «То, как мы кормим планету, повлияет на климат, качество воздуха, качество воды и биоразнообразие, поэтому очень важно, чтобы мы делали это как можно более эффективно, иначе возникнут существенные нежелательные экологические последствия».«Если мы продолжим идти тем же путем, то это приведет к еще более серьезной проблеме загрязнения азотом, чем мы имеем сегодня», — сказал Синь Чжан, соавтор исследования и научный сотрудник Принстонской школы Вудро Вильсона. общественных и международных отношений и Принстонского института окружающей среды. «Наш документ представляет собой основу, которую фермеры и страны могут использовать для простого измерения и составления графиков прогресса, связанного с продовольственной безопасностью и загрязнением азотом».Исследовательская группа, в которую вошли со-ведущий автор Эрик Дэвидсон из Центра экологических наук Университета Мэриленда, Тимоти Сёрчингер из Принстона, Патрис Дюма из Центра международного сотрудничества и Е Шен из Университета Джорджии, изучали избыток азота. и эффективность использования азота в 113 странах за 50 лет через призму гипотезы экологической кривой Кузнеца.

Эта экономическая теория предсказывает, что по мере развития страны ухудшение состояния окружающей среды ухудшается до тех пор, пока не будет достигнут определенный средний доход, после чего уровни загрязнения начнут снижаться.Исследователи обнаружили, что на ранних стадиях развития сельского хозяйства в большинстве стран агротехника не приводит к более эффективному использованию азотных удобрений.

Поскольку большинство фермеров стремятся к максимальному увеличению прибыли, то, как они используют удобрения, зависит от цены. Поэтому рыночные сигналы, такие как цены на удобрения и урожай, а также государственные субсидии, играют очень важную роль.

Однако на более поздних этапах развития технология может повысить эффективность использования азота. В Соединенных Штатах, например, урожайность увеличилась за последние два десятилетия без существенного увеличения использования удобрений. Как выяснили исследователи, это стало возможным только благодаря внедрению технологий, повышающих эффективность использования азота.

Эти улучшенные сельскохозяйственные технологии включали более стратегическое орошение, улучшенные источники семян, удобрения с медленным высвобождением и более совершенные инструменты онлайн-планирования. Точно так же рост в США соевых бобов, растения, способного вырабатывать собственный азот, также играет роль.

Политика оказалась более эффективной в повышении эффективности использования азота в Западной Европе, чем в Соединенных Штатах. Например, Директива о нитратах, которая была реализована в 1990-х годах, ограничила использование фермерами навоза и внесение удобрений возле воды или на склонах для уменьшения загрязнения воды. Это значительно повысило эффективность использования азота, а также повысило урожайность сельскохозяйственных культур. Поворотный момент для этих стран начался в конце 1980-х — начале 2000-х годов, что напрямую совпало с изменениями в Общей сельскохозяйственной политике Европейского Союза, которая содержит несколько монетарных и нормативных мер, направленных на сокращение внесения азота на пахотные земли.

С другой стороны, такие страны, как Китай и Индия, снизились с точки зрения эффективности использования азота из-за сильно субсидируемых удобрений, которые достигли 18 миллиардов долларов в год в Китае в 2010 году. Поскольку удобрения настолько дешевы по сравнению с продуктами растениеводства, фермеры склонны используйте излишки, чтобы обеспечить более высокие урожаи. Китай также производит все большее количество фруктов и овощей, которые, как правило, приводят к увеличению содержания азота в почве и воздухе, чем зерновые культуры, такие как пшеница или рожь.

В результате эффективность использования азота в Китае неуклонно снижается, и теперь она является одной из самых низких в мире, а избыток азота ведет к существенной деградации окружающей среды.«Китай теперь осознает последствия ухудшения состояния окружающей среды для здоровья человека и прилагает впечатляющие усилия по сокращению выбросов традиционных загрязнителей воздуха», — сказал Маузералл. «Но аналогичным образом избыточное внесение азота на посевы загрязняет их воздух, грунтовые воды и реки отчасти из-за чрезмерного субсидирования удобрений».Африка к югу от Сахары — это совсем другая история. В Малави урожайность невысока в основном из-за отсутствия доступа к азотным удобрениям, которые часто недоступны по цене и труднодоступны для фермеров.

В этом случае субсидии на удобрения могут фактически помочь увеличить производство сельскохозяйственных культур, не приводя к значительному ухудшению состояния окружающей среды. Предоставление африканским странам доступа к более совершенным технологиям ведения сельского хозяйства и удобрениям могло бы помочь прокормить их растущее население без возделывания дополнительных земель и с минимальными другими экологическими последствиями.«Наше исследование действительно спрашивает: нужно ли вам пройти весь путь до ухудшения состояния окружающей среды, прежде чем вы увидите свет и обернетесь?» — сказал Дэвидсон. «Могут ли некоторые развивающиеся страны, например, в Африке, следовать по пути устойчивого развития, который не загрязняет окружающую среду, пока они развиваются?»

Несмотря на амбициозность, цели, обозначенные исследователями, достижимы, особенно если они будут приняты в качестве индикатора Целей устойчивого развития ООН.«Это сложно, но в зависимости от международных обязательств в отношении сельскохозяйственного образования и передачи технологий, это гораздо более осуществимо, чем кажется», — сказал Маузералл.

Авторы подчеркивают, что решение не совсем технологичное.«Во многом это сводится к пониманию социологии и экономики, лежащих в основе принятия решений фермерами», — сказал Дэвидсон. «Нам нужно выяснить, как помочь фермерам внедрить технологии, которые уменьшают загрязнение, но при этом приносят им необходимую прибыль».

Авторы отметили, что один из способов удовлетворить растущие глобальные потребности в продуктах питания — это более тесное сотрудничество и инвестиции в исследования и человеческие ресурсы. Это будет способствовать обмену знаниями, созданию политической и рыночной среды, которая поможет стимулировать разработку и внедрение более эффективных технологий управления сельским хозяйством.

В случае Африки к югу от Сахары это будет чрезвычайно полезно для производства достаточного количества продуктов питания при сохранении местных экосистем и биоразнообразия, в то время как в Китае это будет чрезвычайно полезно для снижения загрязнения воды и воздуха азотом при сохранении урожайности сельскохозяйственных культур.


Новости со всего мира