Lämmastik on taimekasvatuse jaoks kõige olulisem toitaine, kuid ka üks raskemini reguleeritavaid toitaineid. See ühend on ülemaailmse põllumajandustootmise jaoks ülioluline. Kuid väetiste liigne lämmastik leostub keskkonda, põhjustades kahjulikke mõjusid.
Selles artiklis räägime sellest lämmastiku tähtsus põllumajanduses ja kuidas teatud põllukultuure saab toita õhust saadava lämmastikuga.
Milline on lämmastiku tähtsus taimede kasvu jaoks?
Lämmastik mängib nii taimedes kui ka inimestes üliolulist rolli, kuna seda kasutatakse aminohapete sünteesimiseks, mis toodavad raku ehituse eest vastutavaid valke ja on üks DNA põhikomponente. Pealegi, Lämmastik on taimede kasvu jaoks ülioluline, kuna see on klorofülli põhielement, ühend, mis võimaldab taimedel kasutada päikesevalguse energiat vee ja süsinikdioksiidi muundamiseks suhkruteks.
Lämmastikuringe põhineb protsessidel, mille käigus lämmastik läheb atmosfäärist maapinnale, läbib pinnast ja naaseb lõpuks atmosfääri.
Protsess algab lämmastiku bioloogilise fikseerimisega, nähtus, kus kaunviljade juuresõlmedes elavad lämmastikku siduvad bakterid muudavad orgaanilise aine ammooniumiks, mis seejärel muundatakse nitraadiks. Taimed suudavad nitraate mullast omastada ja nende kasvuks vajalikuks lämmastikuks metaboliseerida, samas kui denitrifitseerivad bakterid hõlbustavad liigse nitraadi muundamist anorgaaniliseks lämmastikuks, mis seejärel atmosfääri paisatakse.
Liigne nitraadisisaldus või leostumise tõttu (kui olulised toitained lahustuvad vihma või niisutamisega) võib imbuda põhjaveeallikatesse ja saastada neid.
Mis on lämmastikväetiste roll?
Aastatuhandeid ei olnud inimkond lämmastikuga seotud. Kuid 20. sajandi alguses Sai selgeks, et intensiivne põllumajandus alandas mulla nitraaditaset, mis põhjustab kartusi maailma rahvastiku kasvu ja toidukriisi otsese ohu pärast.
Tootmise industrialiseerimise järel mängis sünteetiliste lämmastikväetiste kasutuselevõtt otsustavat rolli. Roheline revolutsioon, mis tõi kaasa ülemaailmse põllumajandustoodangu olulise kasvu alates 1960. aastate lõpust. Sel perioodil saavutasid nii Mehhiko kui ka India ja Pakistani riigid nisu tootmisega iseseisva toimetuleku, hoolimata sellest, et nad olid nälja äärel.
Kaasaegses intensiivses põllumajanduses on sünteetiliste lämmastikväetiste tähtsus märgatavalt kasvanud. Hetkel Ülemaailmne toodang ületab selle kauba aastas 100 miljonit tonni, ning ÜRO Toidu- ja Põllumajandusorganisatsiooni prognoosid näitavad, et nõudlus peaks eeldatavasti pidevalt kasvama, eriti sellistes piirkondades nagu Aafrika ja Lõuna-Aasia.
Kas see on pikas perspektiivis elujõuline?
Ülemaailmse nõudluse suurenemise tõttu seisneb lämmastiku haldamise väljakutse varustada piisavalt lämmastikku, et rahuldada ülemaailmseid toiduga kindlustatuse vajadusi, vähendades samal ajal liigse lämmastiku vabanemist, 300 korda kahjulikum keskkonnale kui süsihappegaas.
Teatud piirkondades takistab lämmastikupuudus toidu- ja toitumiskindluse saavutamist. Seevastu teistes piirkondades pääseb peaaegu viiskümmend protsenti põllumajanduses kasutatavast lämmastikväetisest keskkonda, põhjustades kahjulikke mõjusid, nagu näiteks suurenenud keskkonnariskid, maa pöördumatu degradeerumine ja veevarude saastumine.
Seda probleemi saab lahendada lämmastiku kasutamise tõhususe parandamisega, mis põhineb mitmetahulisel arvutusel, mis nõuab sageli põllukultuuride biomassi (peamiselt majanduslik saagikus) või lämmastikusisalduse/haarde (saagis) ja sõnniku või sünteetiliselt manustatava lämmastiku võrdlemist väetised. Selle suhte optimeerimine ei suurenda mitte ainult põllukultuuride tootlikkust, vaid ka keskkonnakaod vähenevad hoolika agronoomilise majandamise kaudu, mis aitab kaasa mulla kvaliteedi pikaajalisele paranemisele.
Praegu on globaalne keskmine lämmastiku kasutamise efektiivsus ei ületa 50%, mis on tunduvalt alla 67%, mis on hinnanguliselt vajalik ülemaailmse toidunõudluse rahuldamiseks 2050. aastal, tagades samal ajal, et liigne lämmastik jääb õhu ja vee kvaliteedi jaoks vastuvõetavate piirmäärade piiresse.
Kuigi arenevad lämmastiku haldamise täiustatud tehnoloogilised lahendused, saavad põllumehed koheselt parandada lämmastiku kasutamise tõhusust erinevate meetodite abil, sealhulgas väetiste kasutamine, aeglaselt vabastavate lämmastikväetiste kasutamine, täpsete lämmastiku pealekandmise tööriistade kasutamine (näiteks Green Seeker) või mikroniisutamise kaudu väetamist.
Optimaalne tehnoloogia
Märkimisväärseid edusamme on tehtud tõhusale lämmastikukäitlusele suunatud tehnoloogiate väljatöötamisel, mis koos asjakohaste agronoomiliste tavadega on näidanud potentsiaali parandada põllukultuuride saagikust. See lähenemisviis parandab lämmastiku kasutamise tõhusust ja minimeerib lämmastiku ülejääki põllukultuurides.
Teadlased uurivad nitrifikatsiooni bioloogilise pärssimise eelised, mehhanism, mille kaudu taimed eraldavad aineid, mis mõjutavad lämmastiku ringlust mullas. See loodusnähtus, mida täheldatakse teatud kõrrelistel ja nisu looduslikel sugulastel, mängib lämmastikuheitmete olulisel vähendamisel otsustavat rolli.
2007. aastal tuvastasid teadlased nisu sugulasel bioloogilised nitrifikatsiooni tunnused ja 2018. aastal kandsid nad need tunnused edukalt üle mitmele Hiina suvinisule. Kuigi esialgsed tulemused viitasid madalale tootlikkusele ja on alles arengu algfaasis, on teadlastel huvi hinnata selle protsessi võimalikku rakendamist kaubanduslikele nisusortidele tulevikus. Kui see tehnoloogia õnnestub, võib see oluliselt mõjutada globaalsete lämmastiku kasutamise tõhususe eesmärkide saavutamist.