Как промышленное сельское хозяйство нарушает цикл азота и подрывает условия жизни на Земле
Шесть из девяти планетарных границ уже пересечены, и основным виновником является промышленное сельское хозяйство. К такому выводу пришла группа учёных под руководством Йохана Рокстрёма в статье, опубликованной в сентябре.
Планетарные границы — это пороги нарушений, за которыми система Земли вступает на неконтролируемый и необратимый путь, подрывающий сами условия для жизни. В случае с азотом превышение порога во многом и наиболее сложным образом связано с индустриализацией сельского хозяйства.
Естественный цикл азота
Азот — один из основных элементов живой материи. В отличие от углерода (CO₂ в атмосфере), неорганический азот находится в почве и поглощается корнями растений. Его границы локальны: потеря азота ведёт к истощению почвы.
Неорганический азот в почве очень подвижен. Он существует в нескольких формах:
- Аммиак (NH₃, NH₄⁺) — летуч.
- Закись азота (N₂O) — газообразна.
- Нитрат (NO₃⁻) — хорошо растворим.
Значительные потери азота в атмосферу и грунтовые воды делают его главным лимитирующим фактором роста растений.
Хотя азот составляет 78% атмосферы, он присутствует в инертной молекулярной форме N₂. Использовать её могут только бобовые растения (горох, чечевица, фасоль, клевер, люцерна, акация) благодаря симбиозу с бактериями, фиксирующими азот. Эта симбиотическая фиксация компенсирует естественные потери и поддерживает работу экосистем.
Сельское хозяйство и удобрения
В агросистемах цикл азота структурно разомкнут. С каждым урожаем азот удаляется с поля. Чтобы избежать истощения почвы, его необходимо возвращать — в этом цель удобрения.
Традиционные методы:
- Внесение навоза от животных и людей (замыкает цикл).
- Севооборот с бобовыми культурами (азот фиксируется бобовыми для последующих злаков).
Однако с начала XX века доминируют промышленные удобрения. Немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош разработали процесс получения аммиака (NH₃) из атмосферного азота и водорода (процесс Габера–Боша). Это позволило массово производить синтетические азотные удобрения, сделав традиционные системы устаревшими и открыв путь к интенсификации и специализации сельского хозяйства.
Сегодня количество реактивного азота, ежегодно вносимого в биосферу промышленностью, превышает количество от всех естественных процессов биологической фиксации. Скорость круговорота азота в глобальном масштабе увеличилась более чем вдвое.
Потери азота в окружающую среду
Проблему создают потери азота в результате этого ускоренного потока. Чем больше удобрений вносят для повышения урожайности, тем ниже их эффективность и выше потери через вымывание и испарение.
Азотный профицит — это избыток азота, внесённого в почву, по отношению к количеству, вынесенному с урожаем. Именно этот профицит:
- Загрязняет грунтовые воды (делая их непригодными для питья) и речные воды, вызывая эвтрофикацию прибрежных вод («зелёные приливы», токсичное цветение водорослей, аноксию).
- Выделяет в атмосферу аммиак, который образует аэрозоли, опасные для здоровья человека.
Команда Рокстрёма оценила сельскохозяйственный азотный профицит при определении планетарных границ. Верхний предел этого профицита (для защиты воды и воздуха) оценивается в 60 миллионов тонн азота в год (60 ТгN/год). Сегодняшний уровень составляет около 130 ТгN/год.
Эта огромная разница оправдывает цель, поставленную Европейской комиссией и Конференцией ООН по биоразнообразию: сократить потери азота вдвое к 2030 году.
Однако простой корректировкой практик (точное земледелие, ингибиторы нитрификации, улучшение сортов) эту задачу не решить. Эти методы могут открыть новые рынки для агропромышленности, но приведут к незначительному снижению потерь. Наиболее эффективный способ повысить эффективность и сократить потери — сократить масштабы самого сельскохозяйственного производства.
Как накормить мир, не разрушая его
Можно ли сократить интенсивное земледелие, не ставя под угрозу продовольственную безопасность мира с населением 10 млрд к 2050 году? Многие исследования утверждают, что да, но только при одновременном проведении трёх крупных структурных изменений во всей агропродовольственной системе:
- Широкое внедрение систем земледелия, доказавших свою эффективность в органическом сельском хозяйстве: длительные и диверсифицированные севообороты с чередованием злаков и бобовых. Это позволит отказаться от синтетических удобрений и пестицидов.
- Воссоединение растениеводства и животноводства: скот должен питаться местными кормами (трава, бобовые, зерно — только при его избытке сверх человеческих потребностей), а его навоз — возвращаться на те же земли. Это максимально замкнёт цикл азота.
- Сокращение доли животноводческой продукции в рационе человека. Диета, в которой мясо и молочные продукты составляют 30% от общего потребления белка (против 65% во Франции сегодня), будет здоровее (снизит риск сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых видов рака) и справедливее (сократит долю сельхозпродукции, идущей на корм скоту). Такой рацион может быть распространён по всему миру.
На европейском уровне показано, что только такой агроэкологический сценарий эффективно сократит вдвое потери азота и выбросы парниковых газов от сельского хозяйства.
Вывод: Необходимо отказаться от представления, что растущие потребности планеты в продовольствии можно удовлетворить только за счёт дальнейшей интенсификации, специализации и роста международной торговли. Эта модель сельского хозяйства — фактор глубокого нарушения системы Земли. Накормить мир будущего, соблюдая условия для жизни на планете, можно только через крупные структурные изменения глобальной агропродовольственной системы, основанные на умеренности, воссоединении и агроэкологии.