آموزشی

آیا کودها برای بدن ما مضر هستند؟ آیا مصرف زیاد کود مشکل ساز است؟

کوها مضر هستند؟

کودها برای تولید غذای کافی برای تغذیه جمعیت انسان به محصولات کشاورزی اضافه می‌شوند. کودها مواد مغذی مانند پتاسیم، فسفر و نیتروژن را در اختیار محصولات کشاورزی قرار می‌دهند که به محصولات اجازه می‌دهد بزرگ‌تر، سریع‌تر رشد کنند و غذای بیشتری تولید کنند. نیتروژن به ویژه یک ماده مغذی ضروری برای رشد هر موجود زنده روی زمین است.

نیتروژن در اطراف ما وجود دارد و حدود ۷۸ درصد از هوایی را تشکیل می‌دهد که تنفس می‌کنید. با این حال، گیاهان و حیوانات نمی‌توانند از گاز نیتروژن موجود در هوا استفاده کنند. گیاهان برای رشد به ترکیبات نیتروژنی از خاک نیاز دارند که می‌تواند به طور طبیعی تولید شود یا توسط کود تامین شود. با این حال، استفاده از مقادیر بیش از حد کود منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای مضر در اتمسفر و اوتروفیک شدن آبراه‌های ما می‌شود. دانشمندان در حال حاضر در حال تلاش برای یافتن راه حل‌هایی برای کاهش اثرات مضر کودها برای محیط زیست هستند، بدون اینکه میزان غذایی که می‌توانیم در هنگام استفاده از آن‌ها تولید کنیم، کاهش یابد.

پیشنهاد می‌کنیم قبل از مطالعه این مطلب از محصول گالن 5 لیتری دسته تاشو و یک لیتری و خدمت خرید عمده ظروف پلاستیکی بازدید کنید.

کود چیست؟

کود ماده‌ای است که به خاک اضافه و باعث رشد گیاه می‌شود. انواع کودهای زیادی وجود دارد و اکثر آن‌ها حاوی نیتروژن (N)، فسفر (P) و پتاسیم (K) هستند. در واقع کودهایی که در فروشگاه‌ها به فروش می‌رسند دارای نسبت N-P-K در بسته‌بندی خود هستند. کودها در سراسر جهان برای سبز نگه داشتن چمنزارها و تولید محصولات بیشتر در مزارع کشاورزی استفاده می‌شود. کودها را می‌توان به سه گروه تقسیم کرد:

  1. کودهای معدنی (فسفر و پتاس) از محیط استخراج می‌شوند و قبل از استفاده خرد شده یا تحت درمان شیمیایی قرار می‌گیرند.
  2. کودهای آلی (کود و کمپوست) از مدفوع حیوانات و مواد تجزیه شده گیاهی یا حیوانی ساخته می‌شوند.
  3. کودهای صنعتی (فسفات آمونیوم، اوره، نیترات آمونیوم) به صورت صنعتی توسط انسان از طریق واکنش‌های شیمیایی تولید می‌شوند.

در حالی که کودهای آلی و معدنی برای مدت طولانی برای افزایش عملکرد محصول در کشاورزی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، کودهای صنعتی پیشرفت نسبتا جدیدی هستند. با این وجود، کودهای صنعتی امروزه پرمصرف‌ترین کودها هستند.

کودهای حاوی نیتروژن

چرا به کودهای حاوی نیتروژن نیاز داریم؟

نیتروژن یکی از عناصر یا مواد مغذی است که همه موجودات زنده (میکروارگانیسم‌ها، گیاهان و حیوانات) برای رشد به آن نیاز دارند. اگرچه در اطراف ما مقدار زیادی نیتروژن وجود دارد (حدود ۷۸ درصد از هوایی که تنفس می‌کنیم)، بیشتر نیتروژن روی زمین به صورت گازی بی‌رنگ و بی‌بو به نام گاز نیتروژن (N۲) وجود دارد. متأسفانه گیاهان و حیوانات نمی‌توانند مستقیما از گاز نیتروژن استفاده کنند. ما به عنوان انسان، نیتروژن خود را از غذایی که می‌خوریم دریافت می‌کنیم. غذاهای پر پروتئین مانند گوشت، ماهی، آجیل یا لوبیا سرشار از نیتروژن هستند. گیاهان نیتروژن خود را از خاک دریافت می‌کنند و نیتروژن رایج‌ترین ماده غذایی برای محدود کردن رشد گیاه است.

دو روش وجود دارد که گاز نیتروژن به طور طبیعی به ترکیبات حاوی نیتروژن تبدیل یا «تثبیت» می‌شود که می‌تواند بدون دخالت انسان در خاک به پایان برسد:

  1. رعد و برق: صاعقه انرژی کافی برای تقسیم گاز نیتروژن در اتمسفر ایجاد می‌کند و ترکیبات حاوی نیتروژن را ایجاد می‌کند که در نهایت به خاک می‌رسد.
  2. تثبیت بیولوژیکی نیتروژن: برخی از میکروارگانیسم‌ها می‌توانند از گاز نیتروژن به طور مستقیم به عنوان یک ماده غذایی استفاده کنند. این میکروارگانیسم‌های تخصصی گاز نیتروژن را به آمونیوم (NH4+) تبدیل می‌کنند و «تثبیت‌کننده‌های نیتروژن» نامیده می‌شوند. برخی از میکروارگانیسم‌های تثبیت‌کننده نیتروژن در خاک زندگی می‌کنند و برخی می‌توانند با ریشه‌های برخی گیاهان مانند لوبیا یا شبدر ارتباط نزدیکی برقرار کنند.

با این حال، حتی با این همه تثبیت نیتروژن طبیعی، فرآیند تبدیل گاز نیتروژن به ترکیبات حاوی نیتروژن است. تثبیت نیتروژن می‌تواند به طور طبیعی از طریق صاعقه رخ دهد، توسط میکروارگانیسم‌های تخصصی انجام شود یا به صورت صنعتی انجام شود. سطوح پایین نیتروژن در خاک، اغلب رشد گیاه را محدود می‌کند. به همین دلیل است که بیشتر کودها حاوی ترکیبات نیتروژن هستند و به همین دلیل است که کودهای صنعتی برای تولید محصولات کافی برای تغذیه جمعیت انسانی ضروری هستند. انسان‌ها در حال حاضر هر سال به همان میزان یا بیشتر از آنچه که به طور طبیعی ثابت شده است، نیتروژن ثابت صنعتی (حدود ۱۵۰ میلیارد کیلوگرم) به محیط اضافه می‌کنند.

کودهای صنعتی حاوی نیتروژن چگونه تولید می شوند؟

همانطور که گفته شد، بیشتر نیتروژن روی زمین به صورت گاز نیتروژن وجود دارد که برای گیاهان و حیوانات غیرقابل استفاده است. در اوایل دهه ۱۹۰۰، دانشمندان کشف کردند که چگونه گاز نیتروژن را از جو به ترکیبات حاوی نیتروژن تبدیل کنند که می‌تواند برای بارور کردن خاک استفاده شود. این تثبیت صنعتی فرآیند Haber-Bosch نامیده می‌شود، یک فرآیند تثبیت نیتروژن صنعتی است که می‌تواند در آزمایشگاه برای تولید اجزای کود انجام شود. این کود توسط دانشمندان فریتز هابر و کارل بوش کشف شد و به نام‌های آن نامگذاری شد. تقریبا تمام نیتروژن موجود در کودهای صنعتی از طریق فرآیند Haber-Bosch تثبیت می‌شود.

کودهای صنعتی حاوی نیتروژن

این تثبیت صنعتی نیتروژن در آزمایشگاه‌های شیمیایی و کارخانه‌های بزرگ در سراسر جهان انجام می‌شود. فرآیند هابر-بوش مستلزم آن است که گاز نیتروژن با گاز هیدروژن (H۲) مخلوط شود و تحت فشار بسیار زیاد (۲۰۰ برابر فشار اتمسفر) قرار گیرد. این فشاری است که اگر در عمق ۲۰۰۰ متری (۶۵۰۰ فوتی) زیر دریا که فاصله‌ای طولانی‌تر از ۶ برج ایفل است که روی هم چیده شده‌اند، احساس می‌کنید! این مخلوط گاز تحت فشار سپس تا دمای بسیار بالا (۴۵۰ درجه سانتیگراد / ۸۴۲ درجه فارنهایت) گرم می‌شود. حفظ این فشارها و دماهای بالا به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد. تخمین زده می‌شود که فرآیند Haber-Bosch هر سال ۱-۲٪ از انرژی جهان را مصرف کند.

چرا از کودهای صنعتی حاوی نیتروژن اینقدر زیاد استفاده می کنیم؟

پاسخ کوتاه این است که کودهای حاوی نیتروژن به رشد سریع‌تر گیاهان کمک می‌کنند و به تولید محصولات بیشتر کمک می‌کنند. این کار اجازه می‌دهد تا از زمین‌های کشاورزی به طور موثرتری استفاده شود زیرا زمین‌های بارور شده غذای بیشتری تولید می‌کنند. در واقع، اختراع کودهای صنعتی یکی از دلایل اصلی رشد سریع جمعیت زمین در ۶۰ تا ۷۰ سال گذشته است. قبل از استفاده گسترده از کودهای صنعتی در دهه ۱۹۶۰.۱۲۳ سال طول کشید تا جمعیت زمین از ۱ به ۲ میلیارد (۱۸۰۴-۱۹۲۷) دو برابر شود. با این حال، تنها ۴۵ سال (۱۹۷۴-۲۰۱۹) طول کشید تا جمعیت زمین از ۴ به ۸ میلیارد دو برابر شود. اکنون، ما آنقدر به کود نیتروژن وابسته هستیم که بدون آن فقط می‌توانیم غذای کافی برای تغذیه ۵۰ درصد از جمعیت جهان تولید کنیم.

نیتروژن حاصل از کودهای حاوی نیتروژن به کجا ختم می شود؟

در یک مزرعه کشاورزی متوسط، تنها ۵۰٪ از نیتروژن کودها توسط محصولات کشاورزی استفاده می‌شود. بنابراین، در حالی که کودها باعث رشد بهتر و سریع‌تر محصولات می‌شوند، نیمی از نیتروژن ثابتی که اضافه می‌کنیم از بین می‌رود. تصور کنید ما هر سال معادل ۱۲ میلیون فیل نیتروژنی (~ ۱۶۵ میلیارد پوند) را از دست می‌دهیم! نیتروژن از دست رفته می‌تواند در اتمسفر به پایان برسد یا می‌تواند از خاک شسته شود و به آبراهه‌ها مانند آب‌های زیرزمینی، نهرها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و اقیانوس‌ها ختم شود. این نیتروژن از دست رفته باعث انواع مشکلات زیست محیطی می‌شود. برای بسته بندی کودها از انواع ظروف پلاستیکی بادی استفاده می شود.

کودهای حاوی نیتروژن چه مشکلات زیست محیطی ایجاد می کنند؟

مشکلات زیست محیطی کودهای نیتروژنی

برخی از میکروارگانیسم‌های خاک می‌توانند نیتروژن موجود در کودها را به گازهای حاوی نیتروژن تبدیل کنند که مانند گازهای گلخانه‌ای اکسید نیتروژن (N۲O) در جو آزاد می‌شوند. گازهای گلخانه‌ای گازهایی که گرما را در جو به دام می‌اندازند، مانند سقف گلخانه، گرما را به دام می‌اندازند تا گیاهانی را که در آن رشد می‌کنند از هوای سرد و یخبندان محافظت کنند. یکی از عوامل اصلی تسریع گرمایش جهانی هستند. اکسید نیتروژن دارای پتانسیل گرم شدن ۳۰۰ برابر بیشتر از متداول‌ترین گاز گلخانه‌ای، دی اکسید کربن (CO2) است.

در آبراه‌ها، افزودن مواد مغذی خارجی (مانند نیتروژن اضافی) را اتروفیکاسیون (Eutrophication) می‌گویند، تغییری که در وضعیت مواد مغذی یک محیط به دلیل ورود سطوح بالای مواد مغذی (نیتروژن یا فسفر) به آبراه‌ها (دریاچه‌ها، رودخانه‌ها یا اقیانوس‌ها) ایجاد می‌شود. یکی از پیامدهای مهم شکوفه‌های مضر جلبک‌ها و از بین رفتن زندگی آبزیان است. اوتروفیکاسیون یک بارورسازی ناخواسته یک آبراه است و رشد میکروارگانیسم‌ها، جلبک‌ها و گیاهان را مانند بارور شدن خاک افزایش می‌دهد. با این حال، رشد سریع میکروارگانیسم‌ها و گیاهان می‌تواند تمام اکسیژن موجود در این آبراه‌ها را مصرف کند و آن‌ها را به اصطلاح به مناطق مرده تبدیل کند زیرا آبزیان بدون اکسیژن نمی‌توانند زندگی کنند.

همچنین اوتروفیکاسیون می‌تواند منجر به رشد گونه‌های جلبکی شود که مواد شیمیایی سمی تولید می‌کنند که شکوفه‌های جلبکی مضر نامیده می‌شود، هنگامی که سیانوباکترها و جلبک‌ها به دلیل مقادیر زیادی از مواد مغذی (نیتروژن یا فسفر) موجود در آب‌هایی بسیار سریع رشد می‌کنند که در آن زندگی می‌کنند. این سیانوباکترها و جلبک‌ها مضر آزاد می‌کنند.

در حالی که ما به نیتروژن حاصل از کودها در خاک‌های کشاورزی خود نیاز داریم، اما نیازی به نیتروژن اضافی در جو یا آبراه‌های خود نداریم. این بدان معناست که ما باید مزایای مثبت کود نیتروژن (غذای بیشتر) را با پیامدهای منفی کود اضافی (مشکلات زیست محیطی) متعادل کنیم. دانشمندان در حال حاضر در حال تلاش برای یافتن این تعادل برای بهبود وضعیت فعلی ما هستند.

در حال حاضر چه تحقیقات مرتبط با کود در حال انجام است؟

تحقیقات مرتبط با کود

یکی از اهداف اصلی تحقیقات مرتبط با کود، کاهش مقدار نیتروژن ثابت صنعتی است که در جو و آبراه‌ها از دست می‌رود (حدود ۱۲ میلیون فیل). این راه حل را بهبود کارایی مصرف نیتروژن در محیط‌های کشاورزی می‌نامند. در اینجا چند نمونه از تحقیقات در حال انجام کود آورده شده است:

میکروبیولوژیست‌ها و دانشمندان خاک در حال کار بر روی راه‌هایی برای بهبود شرایط مزرعه برای ترویج رشد باکتری‌های تثبیت کننده نیتروژن خاک هستند. علاوه بر این، آن‌ها در حال کار بر روی روش‌هایی برای جلوگیری از رشد میکروارگانیسم‌های خاکی هستند که به از دست رفتن نیتروژن ثابت در جو یا آبراه‌ها کمک می‌کنند. با هم، این مقدار کلی کود حاوی نیتروژن مورد نیاز برای بدست آوردن عملکرد یکسان محصول را کاهش می‌دهد.

شیمیدانان در حال کار بر روی طراحی کودهایی هستند که در مدت زمان طولانی‌تری در خاک پایدار باشند و کمتر توسط میکروارگانیسم‌ها تجزیه شوند. این کودهای آهسته رهش در یک زمان مقدار کمی از مواد مغذی را آزاد می‌کنند، بنابراین مواد مغذی در طول عمر محصولات در دسترس هستند. این روش هنوز به کودهای حاوی نیتروژن وابسته است، اما باعث کاهش مقدار کود مورد نیاز و کاهش نیتروژن از دست رفته می‌شود.

زیست‌شناسان گیاهی در تلاش هستند تا محصولاتی را مهندسی ژنتیک کنند که به نیتروژن کمتری از کودها نیاز دارند. این محصولات می‌توانند نیتروژن خود را از گاز نیتروژن تثبیت کنند، درست مانند میکروارگانیسم‌های تخصصی تثبیت کننده نیتروژن است. این محصولات برای تولید محصول مشابه به کود کمتری نیاز دارند.

دانشمندان کامپیوتر و دانشمندان خاک برای طراحی سیستم‌های کوددهی هوشمند با هم کار می‌کنند که می‌تواند شرایط خاک و هوا را در مزارع کشاورزی نظارت کند. سپس این سیستم‌ها تنها در صورت نیاز می‌توانند مقادیر کمی کود اضافه کنند. این مقدار کود اضافه شده را به حداقل می‌رساند، کودهای افزودنی را برای نیازهای محصولات هدف قرار می‌دهد و مقدار نیتروژن از دست رفته را کاهش می‌دهد.

سخن پایانی

کودها مواد مغذی ضروری مانند نیتروژن را در اختیار محصولات کشاورزی قرار می‌دهند، به طوری که محصولات بزرگتر، سریعتر رشد می‌کنند و غذای بیشتری تولید می‌کنند. با این حال، استفاده بیش از حد کود می‌تواند مشکل ساز باشد زیرا منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای و اوتروفیکاسیون می‌شود. دانشمندان در حال حاضر در تلاش هستند تا راه حلی برای کاهش میزان کودهای مورد نیاز، بدون کاهش میزان غذای تولید شده، بیابند.

دیدن همه‌ی مطالب مجله

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.