ในขณะที่มลพิษจากคาร์บอนได้รับพาดหัวข่าวถึงบทบาทในการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ มลพิษจากไนโตรเจนก็เป็นปัญหาที่ท้าทายมากกว่า เราจำเป็นต้องปลูกพืชอาหารให้มากขึ้นเพื่อเลี้ยงประชากรที่กำลังขยายตัว ในขณะที่ลดปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนให้น้อยที่สุด เฉพาะในยุโรปเพียงอย่างเดียว ค่า ใช้จ่ายด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์จากมลภาวะไนโตรเจนอยู่ที่ประมาณ70-320 พันล้านยูโรต่อปี
การปล่อยไนโตรเจนเช่น แอมโมเนีย ไนโตรเจนออกไซด์
และไนตรัสออกไซด์ ทำให้เกิดฝุ่นละอองและฝนกรด สิ่งเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาระบบทางเดินหายใจและมะเร็งของผู้คนและสร้างความเสียหายให้กับป่าไม้และอาคาร
ก๊าซไนโตรเจนยังมีบทบาทสำคัญใน การเปลี่ยนแปลงสภาพ ภูมิอากาศโลก ไนตรัสออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพเป็นพิเศษ เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการดักจับความร้อนในชั้นบรรยากาศมากกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 300 เท่า ไนโตรเจนจากปุ๋ย น้ำทิ้งจากปศุสัตว์ และสิ่งปฏิกูลของมนุษย์ เร่งการเจริญเติบโตของสาหร่ายและก่อให้เกิดมลพิษทางน้ำ มูลค่าความเสียหายประมาณ 8.2 พันล้านดอลลาร์ออสเตรเลียต่อแนวปะการัง Great Barrier Reef เป็นเครื่องเตือนใจว่าการเลือกของเราบนบกมีผลกระทบอย่างใหญ่หลวงทั้งบนบก น้ำ และอากาศที่อยู่ท้ายน้ำ
ไนโตรเจนที่สูญเสียไปก็เป็นอันตรายต่อเกษตรกรเช่นกัน เนื่องจากมันแสดงถึงศักยภาพการเจริญเติบโตของพืชที่ลดลงหรือปุ๋ยที่สูญเปล่า ผลกระทบนี้รุนแรงที่สุดสำหรับเกษตรกรรายย่อยในประเทศกำลังพัฒนา ซึ่งปุ๋ยไนโตรเจนมักเป็นต้นทุนที่ใหญ่ที่สุดในการทำฟาร์ม การผลิตที่ลดลงจากไนโตรเจนที่หายไปสามารถคิดเป็น 25% ของรายได้ครัวเรือน
การแก้ปัญหาความท้าทายด้านไนโตรเจนจะต้องมาจากการผสมผสานระหว่างนวัตกรรมทางเทคโนโลยี นโยบาย และการดำเนินการของผู้บริโภค
ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญในการสร้างกรดอะมิโน โปรตีน และดีเอ็นเอ การเจริญเติบโตของพืชขึ้นอยู่กับมัน สัตว์และคนได้รับจากการกินพืชหรือสัตว์อื่น
ก๊าซไนโตรเจน (N₂) ประกอบขึ้นเป็น 78% ของอากาศ แต่พืชไม่สามารถนำไปใช้ได้ ปุ๋ยมักทำจากแอมโมเนีย ซึ่งเป็นไนโตรเจนรูปแบบหนึ่งที่พืชชอบ
หนึ่งศตวรรษหลังจากการพัฒนากระบวนการของ Haber-Bosch
ทำให้เรามีแนวทางในการผลิตปุ๋ยไนโตรเจน แต่ความต้องการของเราก็ยังไม่ลดลง
การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนเพิ่มขึ้น จาก 11 ล้านตันในปี พ.ศ. 2504 เป็น 108 ล้านตันใน ปีพ.ศ. 2557 เนื่องจากระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ยังคงเพิ่มสูงขึ้นในชั้นบรรยากาศ พืชบางชนิด เช่น ธัญพืชก็จะต้องการไนโตรเจนมากขึ้น เช่นกัน
ในความเป็นจริง ไนโตรเจนจากปุ๋ยมีสัดส่วนมากกว่าครึ่งหนึ่งของโปรตีนในอาหารของมนุษย์ ไนโตรเจนที่ใช้แล้วประมาณ 50% สูญเสียไปกับสิ่งแวดล้อมในรูปของน้ำที่ไหลออกจากทุ่งนา ของเสียจากสัตว์ และการปล่อยก๊าซจากการเผาผลาญของจุลินทรีย์ในดิน
การสูญเสียเหล่านี้เพิ่มขึ้นในช่วงหลายทศวรรษเนื่องจากการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาไนโตรเจนก่อให้เกิดความเสียหายเป็นวงกว้างและจะสร้างความเสียหายมากขึ้นหากไม่สูญเสียไนโตรเจน
ต้องเผชิญกับจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นและสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง เราต้องการมากกว่าที่เคยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ไนโตรเจนและลดการสูญเสียให้เหลือน้อยที่สุด
จากฟาร์มสู่ทางแยก
วิธีหนึ่งในการทำความเข้าใจการใช้ไนโตรเจนของเราคือการดูที่การปล่อยก๊าซไนโตรเจน ซึ่งเป็นปริมาณมลพิษของไนโตรเจนที่ปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมจากอาหาร ที่อยู่อาศัย การขนส่ง และสินค้าและบริการ
การวิจัยโดย Emma Liang ผู้สมัครระดับปริญญาเอกของมหาวิทยาลัยเมลเบิร์นแสดงให้เห็นว่าออสเตรเลียมีรอยเท้าของไนโตรเจนจำนวนมาก ที่47 กก. ของไนโตรเจนต่อคนในแต่ละปีออสเตรเลียนำหน้าสหรัฐฯ อย่างมาก ซึ่งได้รับไนโตรเจน 28 กก. ต่อคน
อาหารที่มีโปรตีนจากสัตว์สูงดูเหมือนจะเป็นตัวขับเคลื่อนให้เกิดการปล่อยก๊าซไนโตรเจนจำนวนมากในออสเตรเลีย การบริโภคผลิตภัณฑ์จากสัตว์คิดเป็น82% ของการปล่อยไนโตรเจนในอาหารของออสเตรเลีย
ผลิตภัณฑ์จากสัตว์มีต้นทุนไนโตรเจนสูงเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์จากผัก ผลิตภัณฑ์ทั้งสองเริ่มต้นด้วยต้นทุนที่เท่ากันในไนโตรเจนซึ่งเป็นผลมาจากการปลูกพืช แต่ความสูญเสียที่สำคัญเพิ่มเติมเกิดขึ้นเมื่อสัตว์บริโภคอาหารตลอดวงจรชีวิตของมัน
โครงการN-Footprintมีเป้าหมายเพื่อช่วยให้บุคคลและสถาบันคำนวณรอยเท้าไนโตรเจน มันแสดงให้เห็นว่าเราแต่ละคนสามารถส่งผลกระทบต่อมลพิษจากไนโตรเจนผ่านการเลือกในชีวิตประจำวันของเราได้อย่างไร
เราสามารถเลือกรับประทานอาหารโปรตีนที่มีไนโตรเจนฟุตพรินต์ต่ำกว่า เช่น ผัก ไก่ และอาหารทะเล แทนเนื้อวัวและเนื้อแกะ เราสามารถเลือกที่จะลดเศษอาหารโดยการซื้อในปริมาณที่น้อยลง (และบ่อยขึ้นหากจำเป็น) และทำปุ๋ยหมักเศษอาหาร ข่าวดีก็คือหากเราลดการปล่อยไนโตรเจน เราก็ลดคาร์บอนฟุตพริ้นต์ด้วย
กลับไปที่ฟาร์ม
ในขณะเดียวกัน ความพยายามในการใช้ไนโตรเจนอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในฟาร์มต้องดำเนินต่อไป เราเข้าใจการสูญเสียไนโตรเจนจากดินได้ดีขึ้นด้วยเทคนิคทางจุลภาค
จากการนั่งตากแดดพร้อมกับถังพลาสติก ขวดแก้ว และหลอดฉีดยา ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ใช้หอคอยสูงและเลเซอร์เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความเข้มข้นของก๊าซในพื้นที่ขนาดใหญ่ และส่งผลลัพธ์โดยตรงไปยังคอมพิวเตอร์ของเรา
หอแปรปรวนร่วมวน Mei Bai / มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น
ตอนนี้เราทราบดีว่าไนตริฟิเคชัน (เมื่อแอมโมเนียถูกเปลี่ยนเป็นไนเตรต) เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้สูญเสียไนโตรเจน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและสร้างความเสียหายต่อระบบนิเวศ นักวิจัยและเกษตรกรกำลังตั้งเป้าหมายเพื่อลดการสูญเสียไนโตรเจน
สารยับยั้งไนตริฟิเคชันถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อรักษาไนโตรเจนให้อยู่ในรูปแอมโมเนียมที่พืชต้องการ และเพื่อป้องกันการสะสมของไนเตรตซึ่งสูญเสียไปในสิ่งแวดล้อมได้ง่ายกว่า
เมื่อเทคโนโลยีนี้ก้าวหน้าขึ้น เรากำลังเริ่มตอบคำถามว่าสารยับยั้งเหล่านี้ส่งผลต่อชุมชนจุลินทรีย์ที่รักษาสุขภาพของดินของเราและสร้างรากฐานของระบบนิเวศได้อย่างไร
ตัวอย่างเช่นงานวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่า 3,4-dimethylpyrazole phosphate (รู้จักกันดีในชื่อ DMPP) ยับยั้งไนตริฟิเคชันโดยไม่ส่งผลกระทบต่อความหลากหลายของชุมชนจุลินทรีย์ในดิน
มีการสังเกต ที่น่าตื่นเต้นเช่นกัน ว่าระบบรากของหญ้าเขตร้อนบางชนิดยับยั้งไนตริฟิเคชัน นี่เป็นการเปิดทางเลือกในการจัดการเพื่อชะลออัตราการไนตริฟิเคชันในสิ่งแวดล้อมโดยใช้แนวทางทางพันธุกรรม
การแก้ปัญหาการใช้ไนโตรเจนจะต้องมีการวิจัยหาวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับผู้ผลิตขั้นต้นในการใช้ไนโตรเจน แต่ยังต้องการความเป็นผู้นำจากรัฐบาลและทางเลือกของผู้บริโภคที่จะสิ้นเปลืองน้อยลงหรือกินโปรตีนจากพืชมากขึ้น เครื่องมือเหล่านี้จะทำให้กรณีของการเปลี่ยนแปลงชัดเจนขึ้น และภารกิจในการทำให้โลกเป็นสีเขียวมากขึ้น
