חנקן הוא חומר התזונה החיוני ביותר לייצור יבולים, אך גם אחד הקשים ביותר לוויסות. תרכובת זו חיונית לייצור חקלאי עולמי. עם זאת, עודף חנקן מדשנים גולש לסביבה, מה שמוביל להשפעות מזיקות.
במאמר זה אנו הולכים לדבר על חשיבות החנקן בחקלאות וכיצד ניתן להזין יבולים מסוימים בחנקן מהאוויר.
מהי החשיבות של חנקן לצמיחת צמחים?
חנקן ממלא תפקיד מכריע הן בצמחים והן בבני אדם, שכן הוא משמש לסינתזה של חומצות אמינו היוצרות את החלבונים האחראים לבניית התא ומהווה את אחד המרכיבים הבסיסיים של ה-DNA. מִלְבַד, חנקן חיוני לצמיחת צמחים, מכיוון שהוא מרכיב עיקרי של כלורופיל, התרכובת המאפשרת לצמחים לרתום את אנרגיית אור השמש כדי להמיר מים ופחמן דו חמצני לסוכרים.
מחזור החנקן מבוסס על סדרה של תהליכים שבהם החנקן עובר מהאטמוספרה לקרקע, עובר דרך הקרקע ולבסוף חוזר לאטמוספירה.
התהליך מתחיל בקיבוע הביולוגי של חנקן, תופעה שבה חיידקים מקבעי חנקן השוכנים בקשרי השורש של הקטניות הופכים חומר אורגני לאמוניום, המומר לאחר מכן לחנקה. צמחים יכולים לספוג חנקה מהאדמה ולבצע את חילוף החומרים שלו לחנקן הדרוש לצמיחתם, בעוד שחיידקים מדניטרים מקלים על הפיכת עודף חנקה לחנקן אנאורגני, המשתחרר לאחר מכן לאטמוספירה.
עודף חנקה, או זה שאבד באמצעות שטיפה (כאשר חומרים מזינים חיוניים מומסים על ידי גשם או השקיה), יש פוטנציאל לחדור ולזהם מקורות מי תהום.
מה תפקידם של דשני חנקן?
במשך אלפי שנים, האנושות לא הייתה מודאגת בעיקר עם חנקן. עם זאת, בתחילת המאה ה-20, התברר ששיטות חקלאות אינטנסיביות מדללות את רמות החנקות בקרקע, מה שמוביל לחששות בנוגע לעלייה באוכלוסיית העולם והאיום הקרוב של משבר מזון.
לאחר תיעוש הייצור, הכנסת דשני חנקן סינתטיים מילאה תפקיד מכריע בהגברת מהפכה ירוקה, שהובילה לגידול משמעותי בייצור החקלאי העולמי החל מסוף שנות ה-1960. במהלך תקופה זו, הן מקסיקו והן מדינות הודו ופקיסטן השיגו עצמאות בייצור חיטה, למרות היותם על סף רעב.
בפרקטיקות חקלאיות אינטנסיביות עכשוויות, החשיבות של דשני חנקן סינתטיים גדלה באופן ניכר. כרגע, הייצור העולמי עולה על 100 מיליון טון מדי שנה של סחורה זוותחזיות של ארגון המזון והחקלאות של האו"ם מצביעות על כך שהביקוש צפוי לעלות בהתמדה, במיוחד באזורים כמו אפריקה ודרום אסיה.
האם זה כדאי לטווח ארוך?
עם הגדלת הביקוש העולמי, האתגר של ניהול חנקן טמון באספקת מספיק חנקן כדי לענות על צורכי אבטחת המזון העולמיים תוך הפחתת שחרור החנקן העודף, מזיק לסביבה פי 300 מפחמן דו חמצני.
באזורים מסוימים, מחסור בחנקן מעכב את השגת ביטחון תזונתי ותזונתי. לעומת זאת, באזורים אחרים, כמעט חמישים אחוז מדשן החנקן המשמש בחקלאות בורח לסביבה, מה שמוביל להשפעות שליליות כגון סיכונים סביבתיים מוגברים, הרס קרקע בלתי הפיך וזיהום משאבי מים.
ניתן לטפל בבעיה זו על ידי שיפור יעילות השימוש בחנקן, המבוסס על חישוב רב-גוני המצריך לעתים קרובות השוואה בין ביומסה של יבול (בעיקר יבול כלכלי) או תכולת/קליטה של חנקן (תפוקה) לבין חנקן המופעל (תשומה) באמצעות זבל או סינטטי דשנים. על ידי אופטימיזציה של קשר זה, לא רק שפרודוקטיביות היבול גדלה, אלא גם הפסדים סביבתיים מצטמצמים באמצעות ניהול אגרונומי קפדני, התורם לשיפור ארוך טווח באיכות הקרקע.
נכון לעכשיו, יעילות ניצול החנקן הממוצע העולמי אינו עולה על 50%, הרבה מתחת ל-67% המוערך הנחוץ כדי לעמוד בדרישות המזון העולמיות ב-2050, תוך הבטחה שעודפי חנקן יישארו בגבולות המקובלים לאיכות האוויר והמים.
למרות שצצים פתרונות טכנולוגיים מתקדמים לניהול חנקן, חקלאים יכולים להשיג שיפור מיידי ביעילות השימוש בחנקן באמצעות מגוון שיטות, כולל יישום דשן, שימוש בדשני חנקן בשחרור איטי, שימוש בכלים מדויקים ליישום חנקן (כגון Green Seeker) או על ידי יישום הפריה באמצעות מיקרו השקיה.
טכנולוגיה אופטימלית
חלה התקדמות משמעותית בפיתוח טכנולוגיות שמטרתן ניהול יעיל של חנקן, אשר בשילוב עם פרקטיקות אגרונומיות מתאימות, הוכיחו את הפוטנציאל לשפר את יבול היבול. גישה זו משפרת את יעילות השימוש בחנקן וממזערת את עודפי החנקן בגידולים.
חוקרים בודקים את היתרונות של עיכוב ביולוגי של ניטריפיקציה, מנגנון שדרכו צמחים משחררים חומרים המשפיעים על מחזור החנקן באדמה. תופעת טבע זו, הנצפית בעשבים מסוימים ובקרובי בר של חיטה, ממלאת תפקיד מכריע בהפחתה משמעותית של פליטת חנקן.
בשנת 2007, חוקרים זיהו תכונות ניטריפיקציה ביולוגיות אצל קרוב משפחה של חיטה, ובשנת 2018 הם העבירו בהצלחה את התכונות הללו למגוון חיטות אביב סיניות. למרות שתוצאות ראשוניות הצביעו על פרודוקטיביות נמוכה והן עדיין בשלבי פיתוח מוקדמים, מדענים מעוניינים להעריך את היישום האפשרי של תהליך זה על זני חיטה מסחריים בעתיד. אם תצליח, לטכנולוגיה זו יש פוטנציאל להשפיע באופן משמעותי על השגת יעדי יעילות השימוש בחנקן העולמי.