لقد اعتمد توسع الزراعة الحديثة على الاستخدام المكثف لـ الأسمدة النيتروجينية الاصطناعيةوالتي سمحت لنا بإطعام سكان العالم المتزايد عددهم باستمرار. ومع ذلك، فقد جلبت هذه الثورة الخضراء نفسها معها مشكلة لم يعد من الممكن تجاهلها: العبء الهائل لـ الغازات الدفيئة وملوثات الهواء المرتبطة بكل من تصنيع هذه المنتجات واستخدامها.
نعلم اليوم أن التسميد العشوائي له تكلفة خفية باهظة للغاية: انبعاثات أكسيد النيتروز (N₂O)، والأمونيا (NH₃)، وأكاسيد النيتروجين (NOx)، تركيز ثاني أكسيد الكربون والجسيمات الدقيقةتلوث المياه الجوفية والسطحية؛ فقدان التنوع البيولوجي؛ وتأثير كبير على صحة الإنسان. والخبر السار هو أن لدينا ما يكفي من المعرفة العلمية وتقنيات القياس وبدائل الإدارة لتقليل هذه الانبعاثات بشكل جذري إذا ما تم دمجها. السياسات الجيدة، والابتكار الزراعي، وتغيير العادات.
الأسمدة وتغير المناخ: لماذا يُعد النيتروجين عنصراً أساسياً
تُعدّ الزراعة وتربية المواشي مسؤولة عن حوالي 30% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالميةوضمن هذه النسبة، يلعب استخدام الأسمدة وإدارة السماد العضوي وأعلاف الماشية دورًا هامًا. لا يعاني هذا القطاع من عواقب الاحتباس الحراري فحسب (الجفاف، والظواهر الجوية المتطرفة، والآفات الجديدة)، بل أيضًا إنها تزيد المشكلة سوءاً بانبعاثاتها الخاصة.
بعد ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄)، يُعد العامل المناخي الرئيسي المرتبط بالتسميد هو... أكسيد النيتروز (N₂O)إنه غاز أقل وفرة بكثير في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون، ولكنه يتميز بـ إمكانية الاحترار العالمي أكبر بنحو 300 مرة وعمر افتراضي يتجاوز القرن. علاوة على ذلك، فإنه يساهم في استنفاد طبقة الأوزونوبالتالي، فإن تأثيره يتجاوز المناخ ويؤثر أيضاً على الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الأرض.
قبل الثورة الصناعية، كان توازن أكسيد النيتروجين متوازناً نسبياً: الكائنات الدقيقة من التربة الطبيعية والمحيطات انبعثت منها كميات مماثلة لتلك التي استطاعت المصارف الطبيعية امتصاصها. حدثت هذه الزيادة الكبيرة عندما نما عدد سكان العالم والطلب على الغذاء، إلى جانب الإنتاج والاستخدام المكثف للأسمدة الكيميائية، وزيادة الثروة الحيوانية، وتكثيف الزراعة. في العقود الأربعة الماضية، دفعت الأنشطة البشرية انبعاثات أكسيد النيتروز إلى حوالي 40%، ومن المقدر ذلك تمثل الزراعة ما يقرب من 74% من الانبعاثات البشرية المنشأ لهذا الغاز.
ضمن تلك الكتلة الزراعية، الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية إنهم مسؤولون عن حوالي 70% من انبعاثات أكسيد النيتروز في القطاع، بينما إدارة روث الماشية يساهم هذا المصدر بنحو 30% المتبقية. ويجب أن نضيف إلى ذلك مصدراً ناشئاً: الاستزراع المائي المكثفوخاصة في دول مثل الصين، حيث زادت تربية الأسماك 25 ضعفاً في العقود الأخيرة، مما أدى أيضاً إلى توليد تدفقات من النيتروجين تنتهي في البيئة المائية والغلاف الجوي.
كيف تنتج انبعاثات N₂O و NH₃ و NOx من الأسمدة؟
الرابط المشترك بين الغازات المختلفة المشاركة في عملية الإخصاب هو النيتروجين التفاعليلا يتمكن المصنع من استخدام سوى ما بين واحد في المتوسط 30% و 50% من النيتروجين المورد باستخدام الأسمدة الاصطناعية؛ أما الباقي فيضيع على شكل نترات تتسرب إلى الماء، أو أمونيا تتطاير، أو غازات من عائلة النيتروجين تنتقل إلى الغلاف الجوي.
تحدث عمليتان ميكروبيتان رئيسيتان في التربة تفسران جزءًا كبيرًا من هذه الانبعاثات: النترتة و نزع النتروجينأثناء عملية النترجة، تقوم بكتيريا متخصصة بأكسدة الأمونيوم (NH₄⁺) لتحويله أولاً إلى نتريت (NO₂⁻) ثم إلى نترات (NO₃⁻)، وهما الشكلان الأكثر سهولة في الامتصاص من قبل النباتات. وقد تتولد كميات ضئيلة من [غير واضح - ربما "نواتج" أو "طاقة"] في هذه العملية. لا كمنتج ثانوي.
تحدث عملية إزالة النيتروجين عندما ينخفض محتوى الأكسجين في التربة.يحدث هذا عادةً بعد هطول أمطار غزيرة، أو ري غزير، أو في التربة المتماسكة. في ظل هذه الظروف، تستخدم الكائنات الحية الدقيقة الأخرى النترات كمستقبل للإلكترونات واختزالها إلى أكسيد النيتريك (NO)، وأكسيد النيتروز (N₂O)، وأخيرًا النيتروجين الجزيئي (N₂)وهو غاز غير ضار ويشكل معظم الهواء. تكمن المشكلة في أن جزءًا كبيرًا من هذا التدفق يبقى في شكل وسيط هو أكسيد النيتروز (N₂O)، الذي يتسرب إلى الغلاف الجوي ويزيد من ظاهرة الاحتباس الحراري.
عند استخدام جرعات زائدة من الأسمدة النيتروجينية، تصبح التربة مشبعة بالماء و لم يعد النظام قادراً على الاحتفاظ بالنيتروجين الزائديتحول جزء واحد إلى الأمونيا الغازية (NH₃)يصدق هذا بشكل خاص في ظل ظروف ارتفاع درجة الحموضة ودرجات الحرارة، وضعف تماسك التربة السطحية. يتبخر الأمونيا (NH₃) مكونًا جزيئات دقيقة (PM₂ وPM₅) عند تفاعله في الغلاف الجوي، ويمكنه الانتقال لمسافات طويلة قبل أن يستقر، مما يؤثر على جودة الهواء ويساهم في ظاهرة التخثث في النظم البيئية البعيدة.
تتأكسد نسبة أخرى من فائض النيتروجين هذا في الغلاف الجوي مكونة أكاسيد النيتروجين (NOx: NO و NO₂)تساهم هذه الغازات في تكوين الأوزون التروبوسفيري والضباب الدخاني الكيميائي الضوئي، وتُعتبر من الملوثات الرئيسية في استراتيجيات جودة الهواء. إلى جانب ثاني أكسيد الكربون والميثان، تُعزز أكاسيد النيتروجين من... ظاهرة الاحتباس الحراري وتغير المناخبالإضافة إلى تأثيرها المباشر على الجهاز التنفسي البشري.
الانبعاثات حسب البلد والاتجاهات العالمية
إن الانبعاثات الناتجة عن الأسمدة والسماد ليست موحدة في جميع أنحاء الكوكب؛ فهي تعتمد على عوامل مختلفة. اقتصادي، زراعي، ديموغرافي وسياسيالاقتصادات الناشئة التي اختارت زيادة قوية في الإنتاجية الزراعية، مثل الصين والهندتُظهر هذه الشركات اتجاهاً تصاعدياً واضحاً في انبعاثاتها من أكسيد النيتروز في العقود الأخيرة من أجل تلبية الطلب المتزايد على الغذاء.
أصبحت الصين المنتج والمستهلك الرئيسي للأسمدة الكيميائية في جميع أنحاء العالم. وقد ساهم تطبيق خطط محددة للحد من نمو استهلاك الأسمدة، مثل برنامج "النمو الصفري" بحلول عام 2020، في تخفيف بعض هذه الانبعاثات من خلال تحسين كفاءة استخدام النيتروجين. ومع ذلك، بالتوازي مع ذلك، انبعاثات أكسيد النيتروز الصناعية لا تزال تلك المرتبطة بإنتاج الأسمدة والمواد الكيميائية الأخرى ذات أهمية بالغة.
في مناطق مثل البرازيل وإندونيسيا ومن العوامل الأخرى إزالة الغابات وحرقها لتوفير الأراضي للزراعة وتربية الماشية. يؤدي هذا التحول في استخدام الأراضي إلى زيادة فقدان النيتروجين من المصادر الطبيعية وتضخيم انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، حيث يجمع بين ثاني أكسيد الكربون المنبعث من إزالة الغابات وأكسيد النيتروز الناتج عن التسميد وإدارة الثروة الحيوانية.
تتميز القارة الأفريقية بطبيعة مزدوجة. فمن ناحية، لا تزال هناك مناطق شاسعة حيث يمكن زيادة إنتاج الغذاء دون الحاجة إلى زيادة التسميد النيتروجيني، وذلك من خلال تحسين إدارة المياه والتربة والمحاصيل أولاً. من ناحية أخرى، تمتلك بعض دول شمال إفريقيا ضاعفت انبعاثاتها ثلاث مرات في العقدين الماضيين، ويرجع ذلك أساساً إلى نمو أعداد الماشية وتكثيف الإنتاج الحيواني.
في المقابل ، فإن الاتحاد الأوروبي واليابان وكوريا الجنوبية لقد حققوا انخفاضًا كبيرًا في انبعاثات أكسيد النيتروز الناتجة عن الأنشطة البشرية على مدى الأربعين عامًا الماضية. ويعود جزء كبير من هذا الانخفاض إلى التدابير المتخذة في صناعة كيميائيةوقد أدخلت هذه المناطق تقنيات الحد من انبعاثات أكسيد النيتروز في عمليات إنتاج حمض النيتريك ومركبات أخرى. وقد أصبحت الزراعة في هذه المناطق أكثر كفاءة في استخدام النيتروجين، إلا أن الانبعاثات الناتجة عن الاستخدام المباشر للأسمدة والسماد العضوي لم تنخفض إلا قليلاً، وهي تتجه نحو الاستقرار.
تأثير صناعة الأسمدة على الغلاف الجوي
لا يقتصر الأثر المناخي للأسمدة على لحظة وضعها في الحقل؛ بل يبدأ قبل ذلك بكثير، في تصنيع الأمونيا والأسمدة النيتروجينيةفي مطلع القرن العشرين، أتاح تطوير عملية هابر-بوش إمكانية تثبيت النيتروجين الجوي (N₂) عن طريق دمجه مع الهيدروجين لإنتاج الأمونيا السائلة (NH₃) على نطاق صناعي. وقد مثّل هذا قفزة نوعية في الإنتاجية الزراعية، ولكنه فتح الباب أيضاً أمام زيادة حادة في الانبعاثات المصاحبة.
إنتاج الأسمدة النيتروجينية يتضمن استهلاك الطاقة المرتفعوتعتمد هذه العملية عادةً على الوقود الأحفوري، وما يصاحبها من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وغازات أخرى. وتشير التقديرات إلى أن تصنيع كيلوغرام واحد من الأسمدة النيتروجينية يمكن أن يولد حوالي 7 كجم من ثاني أكسيد الكربونأما إذا اعتمدت الصناعة، من ناحية أخرى، أفضل التقنيات المتاحة (BAT) الموصى بها على المستوى الأوروبي، فيمكن تخفيض هذا الرقم إلى حوالي 3,6 كجم من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوغرام من النيتروجينأي أن الانبعاثات ستنخفض عملياً إلى النصف للحصول على نفس المنتج.
أثناء عمليات الإنتاج، تتفاعل المصانع مع الأحماض، وتتعرض لضغوط عالية ودرجات حرارة مرتفعة، كما تطلق أيضاً السخام والغبار ومزيج من الغازات الملوثةأكاسيد الكبريت (SOx)، والأمونيا غير المتفاعلة، وأكسيد النيتريك (NO)، وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂)، والمركبات العضوية المتطايرة. يؤثر هذا المزيج بشكل مباشر على جودة الهواء المحلية، والنظم البيئية المحيطة، وصحة الأشخاص الذين يعيشون أو يعملون بالقرب من هذه المنشآت.
ولهذا السبب، تخضع مصانع الأسمدة لـ لوائح بيئية صارمة تتطلب هذه اللوائح ضوابط للانبعاثات، وتركيب أنظمة تنقية، وتطبيق تدابير وقائية وصيانة. ومع ذلك، يختلف الضغط التنظيمي باختلاف المناطق، ويتركز جزء من المشكلة العالمية في البلدان ذات اللوائح الأقل صرامة أو مستويات الامتثال المنخفضة.
أنواع الأسمدة وعلاقتها بالانبعاثات
من وجهة نظر زراعية، تُصنف الأسمدة وفقًا لأصل العناصر الغذائية التي تحتويها إلى عضوي، الأسمدة المعدنية أو الأسمدة الاصطناعية، والأسمدة الحيوية، والأسمدة المعدنية العضوية.يتصرف كل نوع بشكل مختلف في التربة، وبالتالي، يكون له بصمة بيئية مختلفة.
الكثير الأسمدة العضوية تشمل هذه المواد السماد العضوي، والكمبوست، وبقايا النباتات. وهي توفر مواد عضوية غنية بالكربون تقوم الكائنات الحية الدقيقة في التربة بتحليلها ببطء، مطلقةً العناصر الغذائية تدريجياً. هذه العملية تُحسّن... البنية والمسامية وقدرة الاحتفاظ بالماء تُساهم هذه العمليات في الحفاظ على خصوبتها على المدى الطويل، وتُعدّ أساس الزراعة العضوية، كما أنها تُنتج كميات أقل من فائض النيتروجين الذي يُفقد بسرعة، على الرغم من أنها قد تُطلق أيضًا أكسيد النيتروز والأمونيا في حال سوء إدارتها.
الكثير الأسمدة الاصطناعية أو المعدنية تنتج هذه المواد من عمليات كيميائية صناعية تحول الأملاح والغازات والصخور إلى أشكال متاحة للنباتات. وهي توفر بشكل أساسي النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم (NPK)تُدعّم هذه الأسمدة بعناصر غذائية دقيقة مثل الزنك والحديد والمنغنيز والنحاس. وتكمن ميزتها الزراعية في أنها توفر العناصر الغذائية بأشكال سهلة الامتصاص، مما يسمح باستجابة سريعة للمحاصيل وإنتاجية عالية. أما نقطة ضعفها فتكمن في أنه إذا استُخدمت بإفراط أو دون تحديد دقيق للجرعة وتوقيت الاستخدام، تحقيق فوائض كبيرة مما يؤدي إلى انبعاثات في الغلاف الجوي وتلوث المياه.
الكثير الأسمدة الحيوية تستخدم هذه التقنيات الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والفطريات والبكتيريا الزرقاء) التي تحفز العمليات البيولوجية في التربة، مما يحسن من توافر العناصر الغذائية وامتصاصها بواسطة الجذور. كما أنها تعزز تثبيت النيتروجين الحيوي، وإذابة الفوسفور، والاستخدام الأمثل للأسمدة المضافة، دون ترك كميات كبيرة من النيتروجين الحر التفاعلي الذي قد يتحول إلى أكسيد النيتروز أو نترات متسربة.
الكثير الأسمدة العضوية المعدنية يجمعون بين الجزء المعدني والمواد العضوية ذات الأصل الحيواني أو النباتي. وبهذه الطريقة، سرعة تأثير الأسمدة الكيميائية والقدرة على تحسين التربة من حيث المواد العضوية، مما يقلل إلى حد ما من خطر فقدان النيتروجين المفاجئ ويحسن من مرونة النظام الزراعي.
أي الأسمدة هي الأكثر تلويثاً: اليوريا، نترات الأمونيوم، وغيرها
على الرغم من أن جميع الأسمدة لها بصمتها البيئية الخاصة، إلا أن تأثيرها ليس متساوياً. ومن بين المعادن، تلك التي تحتوي على اليوريا تعتبر هذه المنتجات عمومًا أكثر إشكالية من تلك القائمة على نترات الأمونيوم عند تحليل الدورة الكاملة وانبعاثات أكسيد النيتروز في الحقل.
يُستخلص نترات الأمونيوم من الأمونيا وحمض النيتريك، وتعتمد بصمته البيئية بشكل أساسي على استهلاك الطاقة في العملية، من مصدر الهيدروجين المستخدم لإنتاج الأمونيا ومن انبعاثات أكسيد النيتروز أثناء تصنيع حمض النيتريكفي إنتاج اليوريا، يتم دمج بعض ثاني أكسيد الكربون الناتج في عملية تخليق الأمونيا في جزيء اليوريا نفسه، لذلك قد يبدو انبعاث ثاني أكسيد الكربون المباشر في المصنع أصغر.
لكن بمجرد إضافة اليوريا إلى التربة، ينطلق الكربون أيضًا على شكل ثاني أكسيد الكربون، بالإضافة إلى أن عملية التحلل المائي والنترجة لليوريا يميل هذا النوع من الأسمدة إلى توليد انبعاثات أعلى من أكسيد النيتروز في الحقل مقارنةً بالأسمدة النتراتية. عمليًا، عند النظر إلى دورة الحياة الكاملة، تميل الأسمدة اليوريا إلى أن يكون لها تأثير أكبر على المناخ العالمي مقارنةً بنترات الأمونيوم.
تشمل الأسمدة الأخرى ذات الأثر البيئي الكبير ما يلي: كبريتات الامونيوم أو كلوريد البوتاسيومويعود ذلك إلى كل من الانبعاثات المرتبطة بإنتاجها وتأثيرها على التربة (التحمض في حالة كبريتات الأمونيوم، والتملح في حالة كلوريد البوتاسيوم). وفي السياقات التي يكون الهدف فيها هو الحد من التلوث المرتبط بالتسميد المعدني، يُنصح عادةً بإعطاء الأولوية لـ أسمدة نيتروجينية ذات بصمة أصغر وتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في استخدامها.
تُظهر دراسات البصمة الكربونية أن الانبعاثات خلال صناعة الأسمدة وهي قابلة للمقارنة، من حيث الحجم، بـ الانبعاثات الناتجة بعد تطبيقها من خلال عمليات النترجة، وإزالة النتروجين، والتطاير. بعبارة أخرى، ينقسم التلوث بنسبة 50/50 تقريبًا بين ما يحدث في الصناعة وما يحدث على قطعة الأرض.
تلوث الهواء والماء والتربة مرتبط بالأسمدة
تتعدد جوانب مشكلة النيتروجين التفاعلي الزائد. ففي الغلاف الجوي، يعود النيتروجين الذي لا يصل إلى النبات على شكل N₂O و NOxالأمونيا غازات ذات قدرة عالية جدًا على إحداث الاحتباس الحراري، مما يزيد من حدة هذه الظاهرة. تشكل الأمونيا المنبعثة جزيئات دقيقة (PM₂، PM₅)، وتتحد مع ملوثات أخرى، وتؤثر على... جودة الهواء في المناطق الريفية والحضريةتقوم السلطات البيئية برصد أكاسيد النيتروجين، والمركبات العضوية المتطايرة، وثاني أكسيد الكبريت، والأمونيا، والجسيمات الدقيقة بشكل منهجي، وبينما يُظهر العديد منها اتجاهات تنازلية، في دول مثل إسبانيا ارتفعت انبعاثات الأمونيا مجدداً في الآونة الأخيرة، يعود ذلك إلى حد كبير إلى زيادة استخدام الأسمدة النيتروجينية وتكثيف تربية الماشية.
في المياه، تحمل مياه الجريان السطحي والترشيح النترات والنتريت إلى طبقات المياه الجوفية والأنهار والبحيرات والبحار. ويؤدي هذا التدفق الهائل من المغذيات إلى تحفيز عمليات التخثثمع تكاثر الطحالب الضارة، وانخفاض نسبة الأكسجين المذاب، وظهور مناطق ميتة لا تستطيع الكائنات المائية البقاء فيها. علاوة على ذلك، تشكل النترات في مياه الشرب خطراً. المخاطر الصحيةوخاصة للأطفال الرضع والأشخاص الضعفاء.
يؤدي الإفراط في استخدام الأسمدة الكيميائية في التربة إلى تغيير الكائنات الحية الدقيقة في التربة ويؤدي ذلك إلى الإخلال بالتوازن بين النيتروجين والفوسفور والكربون. وقد يتسبب هذا في تحمض التربة، وفقدان المواد العضوية، وإضعاف بنيتها الفيزيائية. وعلى المدى البعيد، فبدلاً من تحسين خصوبة التربة، قد يؤدي الإفراط في استخدام الأسمدة الكيميائية إلى نتائج عكسية. يؤدي ذلك إلى تدهور التربة وجعل المحاصيل أكثر اعتماداً على استخدام المدخلات الخارجية للحفاظ على الإنتاجية.
على مستوى النظام البيئي، يؤدي ترسب النيتروجين الجوي في الغابات أو المراعي أو المناطق المحمية إلى تغيير تركيبة الأنواع، مما يفضل الأنواع التي تستفيد بشكل أفضل من هذا المدخل الإضافي ويقلل من التنوع البيولوجيالنيتروجين، الذي يعتبر ضرورياً للحياة بالكمية المناسبة، يصبح، عندما يكون هناك الكثير منه، عامل ضغط بيئي رئيسي.
العواقب على صحة الإنسان
إن وجود مركبات النيتروجين في الهواء الذي نتنفسه ليس مشكلة بسيطة. أكاسيد النيتروجين والأمونيا والجسيمات الدقيقة تؤدي تأثيرات هذه الجسيمات على الجهاز التنفسي إلى تفاقم أمراض القلب والأوعية الدموية، وترتبط باضطرابات الجهاز المناعي. يمكن لجسيمات PM₂ وPM₅ أن تخترق الرئتين بعمق، بل وتتجاوز الحاجز السنخي، مما يُسبب عواقب وخيمة على المدى القريب والبعيد.
تشير التقديرات إلى أن جزءًا كبيرًا من الوفيات المبكرة المرتبطة بتلوث الهواء يرتبط هذا الأمر بجزيئات PM₁₀ وPM₂₅، التي يتكون بعضها من الأمونيا الزراعية. وتتفاقم السمية المباشرة لثاني أكسيد النيتروجين والغازات الأخرى بفعل التأثيرات المشتركة لملوثات حضرية أخرى، مما يخلق مزيجًا يرهق أنظمة الرعاية الصحية في العديد من مناطق العالم.
في البلدان التي تشهد زراعة مكثفة للغاية، مثل بعض مناطق الهند، يستمر استخدام الأسمدة والمبيدات الحشرية وقد ارتبط ذلك بزيادة في أمراض الجهاز التنفسي، واضطرابات الغدد الصماء، والمشاكل العصبية، وارتفاع معدل الإصابة بأنواع معينة من السرطان، مثل سرطان المثانة، وسرطان المبيض، وسرطان الغدد الليمفاوية. ويُعد المزارعون وعائلاتهم في طليعة المعرضين للخطر، سواء من خلال التلامس المباشر أثناء استخدام المبيدات، أو من خلال تلوث المياه والهواء في بيئتهم.
يُضاف إلى كل هذا مخاطر نوبات حادة من التلوث في حالة حدوث تسريبات أو حوادث في مصانع الأسمدة، حيث قد يتم إطلاق تركيزات عالية من الأمونيا أو أكاسيد النيتروجين أو غيرها من المركبات الخطرة، فإن المراقبة المستمرة والكشف المبكر هما أداتان أساسيتان لمنع حالات الطوارئ والحد من التعرض المزمن.
رصد الانبعاثات: أجهزة الاستشعار والتقنيات المتقدمة
من أجل إدارة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والملوثات المرتبطة بالأسمدة، من الضروري أولاً أن قم بقياسها بدقةفي الصناعة، تتكون الاستراتيجية الفعالة من نشر حلقة محيطية من أجهزة الاستشعار يقع هذا النظام حول مصانع الإنتاج، وهو قادر على تسجيل تركيزات أكاسيد النيتروجين (NO وNO₂) والأمونيا (NH₃) وأكاسيد الكبريت (SOx) والمركبات العضوية المتطايرة في الوقت الفعلي. تتيح هذه المعلومات الكشف السريع عن التسريبات، وتحسين العمليات، والامتثال للحدود القانونية.
في المناطق الزراعية، تعمل شبكات محطات مراقبة جودة الهواء بواسطة انيرجيا الشمسية تتيح هذه التقنيات مراقبة تطور مركبات النيتروجين خلال حملات التسميد. وتساعد هذه البيانات في تحديد الأوقات والظروف الأكثر حساسية للانبعاثات، وتعديل ممارسات التسميد، وتقييم تأثير التقنيات الجديدة أو التغييرات التنظيمية.
بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار البيئية التقليدية، التقنيات النووية والنظائرية توفر هذه التقنيات أدوات فعالة لتتبع مصدر النيتروجين ووجهته. فاستخدام نظير النيتروجين-15 المستقر يُتيح تحديد نسبة أكسيد النيتروز المنبعث من الأسمدة المضافة، أو السماد العضوي، أو مخزونات التربة الطبيعية. وبالمثل، يُستخدم الكربون-13 لدراسة... عزل الكربون في التربة ولتقييم كيفية تأثير ممارسات مثل تناوب المحاصيل والزراعة بدون حراثة أو استخدام الفحم الحيوي على قدرة التربة على تخزين ثاني أكسيد الكربون على المدى الطويل.
في حالة تربية الماشية، تحليل الهيدروكربونات طويلة السلسلة والكربون-13 يساعد وجود العناصر الغذائية في النباتات التي تتناولها المجترات وفي برازها على تقدير استهلاك الرعي بدقة، مما يسهل تصميم استراتيجيات تكميلية أكثر كفاءة وتقليل تسرب الطاقة والانبعاثات المرتبطة بالإنتاج الحيواني.
استراتيجيات للحد من انبعاثات الأسمدة
يتطلب التصدي لتحدي الأسمدة وانبعاثاتها مزيجًا من التدابير السياسية والابتكارات التكنولوجية والتغيرات السلوكية على جميع المستويات. لا يتعلق الأمر بالتخلي عن التسميد، بل يتعلق باستخدام النيتروجين بكفاءة أكبر وإعطاء الأولوية للمصادر والممارسات الأقل تلويثاً للبيئة.
في الإنتاج الصناعي، التبني الواسع النطاق لـ تقنيات الحد من انبعاثات أكسيد النيتروز في صناعة حمض النيتريك وغيره من المواد الوسيطة، إلى جانب تحسين كفاءة الطاقة واستخدام مصادر طاقة أقل كثافة للكربون، توجد "مكاسب سهلة" يمكنها القضاء شبه التام على انبعاثات أكسيد النيتروز الصناعية. وقد فعلت ذلك بالفعل العديد من الدول، تاركةً عدداً قليلاً من الدول الكبرى المسؤولة عن معظم المشكلة المتبقية.
في هذا المجال، ممارسات الإدارة الزراعية الذكية وهذه أمور أساسية: تعديل جرعات الأسمدة وفقًا للاحتياجات الفعلية للمحصول، واختيار الوقت والطريقة الأنسب للتطبيق، وتجنب التطبيقات قبل فترات هطول الأمطار الغزيرة، ودمج السماد في التربة لتقليل التبخر، ودمج الأسمدة المعدنية مع المواد العضوية التي تحسن بنية التربة وقدرتها على الاحتفاظ بالعناصر الغذائية.
الاستبدال الجزئي للأسمدة الاصطناعية بواسطة الأسمدة العضوية، والأسمدة الحيوية، والأسمدة المعدنية العضوية يساعد ذلك على تقليل النيتروجين التفاعلي الزائد وزيادة المادة العضوية في التربة. وفي الوقت نفسه، يمكن لتربية الماشية أن تقلل من انبعاثاتها من خلال تحسين... نظام غذائي للحيوانات، إدارة السماد ومعالجة السماد، على سبيل المثال من خلال الهضم اللاهوائي مع استعادة الغاز الحيوي.
يتمتع المستهلكون أيضاً بمجال للمناورة: زيادة نسبة طعام نباتي في نظامنا الغذائي، يُسهم تقليل هدر الطعام، وتسميد النفايات العضوية، والحد من استخدام الأسمدة في الحدائق والمروج في تخفيف الضغط العالمي على دورة النيتروجين. ليس من الضروري اتباع نظام غذائي نباتي بالكامل لملاحظة هذا التأثير؛ فالتخفيض التدريجي في وتيرة وكمية استهلاك اللحوم ومنتجات الألبان يكفي لإحداث تغيير ملحوظ في بصمتنا النيتروجينية المرتبطة بالغذاء.
في المحاصيل ذات القيمة العالية والتأثير الكبير مثل زراعة القنب في الأماكن المغلقةنظراً لأن زراعة القنب تجمع بين الاستخدام المكثف للأسمدة واستهلاك هائل للكهرباء للإضاءة والتحكم في المناخ وإنتاج ثاني أكسيد الكربون، فإن تحسين كفاءة الطاقة (على سبيل المثال، باستخدام إضاءة LED) والالتزام بالأسمدة العضوية وتقنيات الإدارة المستدامة يُعدّ أمراً بالغ الأهمية. وقد أشارت بعض التقديرات إلى أن إنتاج كيلوغرام واحد من القنب في ظل ظروف معينة يُقابله انبعاث آلاف الكيلوغرامات من ثاني أكسيد الكربون، وهي أرقام تُظهر إمكانية التحسين في هذا النوع من الأنظمة.
عند النظر إليها مجتمعة، ترسم هذه الشبكة الكاملة من المصادر والعمليات والحلول صورةً تُظهر أن الأسمدة النيتروجينية أداة أساسية لإطعام العالم، وواحدة من... عقدة غوردونية تتعلق بتغير المناخ وجودة الهواء وصحة النظام البيئيإن الانتقال نحو الزراعة المستدامة وتربية الماشية بشكل حقيقي يتطلب إعادة التفكير في كيفية إنتاج وتوزيع واستخدام هذه الأسمدة، بالاعتماد على العلم وتكنولوجيا القياس ومجموعة من الممارسات الجيدة التي تسمح لنا بمواصلة إنتاج الغذاء دون زيادة إثقال الغلاف الجوي والمياه والتربة بمزيد من النيتروجين أكثر مما يستطيع الكوكب تحمله.
