农业的未来：依靠空气中的氮滋养的作物

农业的未来：依靠空气中的氮滋养的作物

氮是作物生产最必需的养分，但也是最难调控的养分之一。这种化合物对于全球农业生产至关重要。然而，化肥中过量的氮会渗入环境中，导致有害影响。本文将探讨氮在农业中的重要性以及如何利用空气中的氮来喂养某些作物。

氮对于植物生长有何重要性？

氮在植物和人类中都起着至关重要的作用，因为它用于合成氨基酸，而氨基酸产生负责细胞构建的蛋白质，并构成 DNA 的基本成分之一。除了， 氮对于植物生长至关重要，因为它是叶绿素的主要元素， 这种化合物可以让植物利用阳光的能量将水和二氧化碳转化为糖。

氮循环是基于氮从大气到地面、穿过土壤、最后回到大气的一系列过程。

该过程始于氮的生物固定， 豆科植物根瘤中的固氮细菌将有机物转化为铵的现象 ，然后转化为硝酸盐。植物可以从土壤中吸收硝酸盐，并将其代谢成生长所需的氮，而反硝化细菌则有助于将多余的硝酸盐转化为无机氮，然后释放到大气中。

过量的硝酸盐或通过淋滤损失的硝酸盐（当必需养分被雨水或灌溉溶解时）有可能渗透并污染地下水源。

氮肥的作用是什么？

几千年来，人类基本上不关心氮。然而，在20世纪初， 很明显，集约化农业实践正在消耗土壤硝酸盐水平 ，导致人们对全球人口不断增长和粮食危机迫在眉睫的威胁感到担忧。

生产工业化后，合成氮肥的引入对推动农业发展起到了至关重要的作用。 绿色革命，从 1960 世纪 XNUMX 年代末开始导致全球农业产量大幅增加 。在此期间，墨西哥以及印度和巴基斯坦国家尽管处于饥荒的边缘，但都实现了小麦生产的自给自足。

在当代集约化农业实践中，合成氮肥的重要性显着增长。眼下， 该商品的全球产量每年超过 100 亿吨 ，联合国粮食及农业组织的预测表明，需求预计将稳步增长，特别是在非洲和南亚等地区。

从长远来看它是否可行？

随着全球需求的不断增加，氮管理的挑战在于供应足够的氮以满足全球粮食安全需求，同时减少过量氮的释放， 对环境的危害比二氧化碳大300倍。

在某些地区，氮缺乏阻碍了粮食和营养安全的实现。相比之下，在其他地区，农业中使用的氮肥中近 50% 逃逸到环境中，导致了以下不利影响： 环境风险增加、不可逆转的土地退化和水资源污染。

这个问题可以通过提高氮利用效率来解决，氮利用效率基于多方面的计算，通常需要对作物生物量（主要是经济产量）或氮含量/吸收（产量）与通过粪肥或合成施用（输入）的氮进行比较。肥料。通过优化这种关系，不仅可以提高作物生产力，还可以通过细致的农艺管理减少环境损失，从而有助于土壤质量的长期改善。

目前，全球平均氮素利用效率 不超过 50%，远低于 67 年满足全球粮食需求所需的估计 2050% ，同时确保过量的氮保持在空气和水质可接受的阈值内。

尽管先进的氮肥管理技术解决方案不断涌现，但农民可以通过多种方法实现氮素利用效率的立竿见影的提高，包括施肥、使用缓释氮肥、 精密施氮工具的使用 （例如 Green Seeker）或通过微灌溉实施灌溉施肥。

最佳技术

在开发旨在有效氮管理的技术方面取得了重大进展，这些技术与适当的农艺实践相结合，已经证明了提高作物产量的潜力。这种方法提高了氮肥的利用效率，并最大限度地减少了作物的氮肥过剩。

研究人员正在研究 硝化生物抑制的优点，硝化是植物释放影响土壤氮循环的物质的机制 。在某些禾本科植物和小麦的野生近缘种中观察到的这种自然现象对于显着减少氮排放起着至关重要的作用。

2007年，研究人员在小麦的近缘种中发现了生物硝化性状，并于2018年成功地将这些性状转移到了多种中国春小麦上。尽管初步结果表明生产率较低且仍处于开发的早期阶段，但科学家们有兴趣评估这一过程未来在商业小麦品种上的可能应用。如果成功，该技术有可能对全球氮利用效率目标的实现产生重大影响。