Giriş
Azot, protein sentezinde ve genel bitki sağlığında merkezi bir rol oynayan, mahsul büyümesi için kritik bir besin maddesidir. Azotun dönüştürüldüğü ve çevrede dolaştığı doğal süreç olan azot döngüsü, tarımsal faaliyetlerden büyük ölçüde etkilenmektedir. Sentetik gübrelerin kullanılmaya başlanması tarımsal verimlilikte devrim yaratırken, küresel azot döngüsünü de önemli ölçüde değiştirerek hem gıda güvenliğinin artmasına hem de ciddi çevresel sorunlara yol açmıştır. Bu makale, azot girdileri, azot kullanım verimliliği (NUE) ve ortaya çıkan çevresel etkilere odaklanarak, son bilimsel çalışmalardan elde edilen veriler ve içgörülerle desteklenen tarımda azot döngüsünün temel unsurlarını incelemektedir.
Tarımda Azot Girdileri
Azot tarım sistemlerine başlıca dört kaynaktan girer: sentetik gübreler, hayvan gübresi, biyolojik azot fiksasyonu ve atmosferik birikim. 20. yüzyılın başlarından bu yana, atmosferik azotu (N₂) reaktif azota dönüştüren Haber-Bosch sürecinin devreye girmesi, tarımdaki azot girdilerini önemli ölçüde artırmıştır. 2010 yılına gelindiğinde, bitkisel üretim için küresel azot girdileri 1960’lara kıyasla dört kat artarak yıllık 161 Tg N’a ulaşmıştır. Bu girdiler, dünyanın artan nüfusunu beslemek için gerekli olan mahsul veriminde benzeri görülmemiş artışlar sağlamıştır. Örneğin, 2008 yılında küresel nüfusun %48’inin azotlu gübre kullanılarak üretilen gıdaya bağımlı olduğu tahmin edilmektedir.
Sentetik gübrelere ek olarak, gübre de azot girdilerine önemli ölçüde katkıda bulunmaktadır. Gübre uygulaması 2010 yılı itibariyle yıllık 22 Tg N’a yükselirken, soya fasulyesi ve yonca gibi baklagillerin yol açtığı biyolojik azot fiksasyonu her yıl 27 Tg N eklemiştir (Tarımda Azot Döngüsü…). Atmosferik birikim, daha küçük bir bileşen olmasına rağmen, yine de yılda 16 Tg N katkıda bulunmuştur. Bununla birlikte, azot girdilerinin büyük ölçeği sonuçsuz kalmamıştır. Zayıf azot yönetimi ve sentetik gübrelere aşırı bağımlılık birçok tarım sisteminde azot fazlalığına yol açmıştır, çünkü azot girdileri genellikle hasat edilen ürünlerde kaldırılan azotu aşmaktadır.
Azot Kullanım Verimliliği ve Fazlası
Azot girdilerindeki büyük artışa rağmen, tarımsal sistemlerin azot kullanım verimliliği (NUE) düşmüştür. NUE, bitkilerin büyüme için nitrojen girdilerini ne kadar etkin kullandıklarının bir ölçüsüdür. 1961’den 2010’a kadar küresel NUE %59’dan %46’ya düşmüştür, bu da tarlalara uygulanan azotun büyük bir kısmının mahsuller tarafından emilmediğini göstermektedir (Nitrogen Cycle in Agric…) Yetersizlik, mahsulün kaldırılmasından sonra çevrede kalan azot olan azot fazlalığı ile sonuçlanır. Azot fazlası 1961’de 16 Tg N’den 2010’da 86 Tg N’ye yükselmiştir. NUE’deki düşüşün nedeni, sentetik gübrelerin aşırı uygulanması ve azot girdilerinin küresel olarak dengesiz dağılımıdır. Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa’nın bazı bölgeleri gibi gelişmiş ülkeler azot yönetimini iyileştirmek için politikalar benimserken, Çin, Hindistan ve Brezilya gibi hızla genişleyen tarım sektörlerine sahip ülkelerde önemli azot fazlalıkları görülmüştür. Sadece Çin’de 2010 yılı itibariyle mahsuller için sentetik gübre girdisi yıllık 94 Tg N’a ulaşmıştır. Azot fazlasının ciddi çevresel etkileri vardır. Mahsuller tarafından alınmayan azot, su kirliliğine ve ötrofikasyona katkıda bulunduğu su kütlelerine sızarak veya amonyak (NH₃) ve azot oksit (N₂O) gibi reaktif azot gazları olarak buharlaşma yoluyla çevreye kaybolur. Özellikle N₂O, iklim değişikliğine katkıda bulunan güçlü bir sera gazıdır. 2008’de yılda 65 Tg N olan amonyak emisyonlarının 2100’e kadar yılda 93 Tg N’a çıkacağı tahmin edilmektedir ve bu da önemli bir atmosferik kirlilik sorununu temsil etmektedir.
Çevresel Etkiler ve Sürdürülebilir Yönetim İhtiyacı
Başta tarımsal yoğunlaşma olmak üzere azot döngüsünün bozulması bir dizi çevresel soruna yol açmıştır. Aşırı azot su kaynaklarını kirleterek ötrofikasyona yol açabilir; su kaynaklarındaki aşırı besin maddeleri alg patlamalarını teşvik ederek oksijen seviyelerini düşürür ve su ekosistemlerine zarar verir. Azot sızıntısı, yüzey akışı ve gaz emisyonları (N₂O ve NH₃) kirlilik sorunlarını daha da kötüleştirmektedir.
Ayrıca, ni(Tarımda Azot Döngüsü…)syonların daha geniş iklim etkileri vardır. Azot oksit (N₂O), küresel sera gazı emisyonlarının yaklaşık %6’sından sorumludur ve aşırı gübreleme nedeniyle tarımsal topraklar birincil kaynaktır. Azot kaskadı kavramı, azotun çevre boyunca çeşitli şekillerde nasıl hareket ettiğini ve hava kalitesinin bozulmasından toprak asitlenmesine ve biyolojik çeşitlilik kaybına kadar birçok aşamada hasarı nasıl sürdürdüğünü açıklamaktadır.
Bunları azaltmak için (Tarımda Azot Döngüsü…) azot kullanım verimliliğini artırmak çok önemlidir. Hassas tarım tekniklerinin uygulanması, gübre uygulama oranlarının optimize edilmesi ve baklagillerle ürün rotasyonu yoluyla biyolojik azot fiksasyonunun teşvik edilmesi azot kayıplarını önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca, ulusal ve küresel azot bütçeleri, politikaları bilgilendirmek ve sürdürülebilir tarım uygulamalarını izlemek için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri, Hindistan ve Almanya dahil olmak üzere birçok ülke, azot yönetimini izlemek ve iyileştirmek için azot bütçeleme programları başlatmıştır.
Sonuç
Azot döngüsü tarımsal üretim için temel bir süreçtir, ancak aşırı azot girdileri nedeniyle bozulması önemli çevre ve iklim sorunları yaratmaktadır. Azotlu gübreler dünya nüfusunu beslemek için gerekli olsa da, aşırı kullanımları azot kullanım verimliliğinin azalmasına, azot fazlalığının artmasına ve yaygın çevresel bozulmaya yol açmaktadır. Bu sorunların ele alınması, gelişmiş azot yönetimi, hassas tarım ve tarımsal verimliliği çevresel sürdürülebilirlikle uyumlu hale getirmek için sağlam politika çerçeveleri de dahil olmak üzere çok yönlü bir yaklaşım gerektirmektedir. Tarımın, ekosistemlerimizin sağlığını tehlikeye atmadan dünyanın gıda taleplerini karşılamaya devam etmesini ancak azot döngüsündeki dengeyi yeniden kurarak sağlayabiliriz.
Referanslar
- Küresel değişimin 21. yüzyılda azot döngüsü üzerindeki etkileri D. Fowler, C. E. Steadman, D. Stevenson, M. Coyle, R. M. Rees, U. M. Skiba, M. A. Sutton, J. N. Cape, A. J. Dore, M. Vieno, D. Simpson, S. Zaehle, B. D. Stocker, M. Rinaldi, M. C. Facchini, C. R. Flechard, E. Nemitz, M. Twigg, J. W. Erisman, K. Butterbach-Bahl ve J. N. Galloway
- ZAYIF IŞIĞA DUYARLI MISIRIN FARKLI GÖLGE STRESLERİNE KARŞI FOTOSENTEZ VE KLOROFİL FLORESANS TEPKİSİ JIAN WANG, HAIJIAO HUANG, SEN JIA, XUEMEI ZHONG FENGHAI LI1, KUANGYE ZHANG VE ZHENSHENG SHI
- Bitkisel üretim için küresel ve ulusal azot bütçelerinin belirlenmesi