Bolygóhatárok: biokémiai áramlások

Bolygóhatárok sorozatunkban a 9 határból már bemutattunk ötöt: a klímaváltozást, a bioszféra integritást, a földhasználatot és az édesvíz és az óceánok helyzetét.

A bolygóhatárok koncepcióját először a Stockholm Resilience Centre kutatói (elsősorban Johan Rockström és munkatársai) dolgozták ki 2009-ben, majd 2015-ben továbbfejlesztették. A keretrendszer kilenc fő környezeti folyamathoz rendel határokat, amelyek túllépése jelentős, gyakran visszafordíthatatlan kockázatot jelent az emberiség és a földi élet számára.

A kilenc bolygóhatár a következők (2023-as frissítés szerint):

1. Éghajlatváltozás (Climate change)
2. Új anyagok (New entities)
3. Ózonréteg vékonyodása (Stratospheric ozone depletion)
4. Aeroszol-terhelés a légkörben (Atmospheric aerosol loading)
5. Óceánok elsavasodása (Ocean acidification)
6. Édesvíz-használat (Freshwater change)
7. A biogeokémiai áramlások (Biogeochemical flows)
8. Földhasználat változása (Land-system change)
9. Biodiverzitás csökkenése (Biosphere integrity)

A bolygóhatárok túllépése megnöveli a rendszerszintű, globális kockázatokat (pl. klímaváltozás, fajkihalás, elsivatagosodás stb.).

Ebben a cikkben a biogeokémiai áramlások kerülnek a középpontban.

Biogeokémiai áramlások

A biogeokémiai áramlások az emberi tevékenységek által okozott zavarokat tükrözik az elemek globális körforgásában. Ez a határérték a természetes tápanyagkörforgások felborulását jelzi, amelyet elsősorban a mezőgazdaságban és iparban alkalmazott túlzott műtrágyahasználat okoz. Ennek következménye a levegő, víz és talaj szennyeződése.

A biogeokémiai ciklusok az olyan kémiai elemek, mint a nitrogén és foszfor mozgását és átalakulását írják le az élőlények, a légkör és a Föld kérge között.

A keretrendszer jelenleg két kulcselemre fókuszál: nitrogén [N] és foszfor [P].

Foszfor

A foszfor alapvető biogén elem, amely elengedhetetlen a sejtek működéséhez, különösen a nukleinsavak, energiaátviteli molekulák (pl. ATP) és membránok felépítésében. A Földön főként a talajban, kőzetekben és vizekben fordul elő, szerves és szervetlen formákban. Mivel a foszfor oldódása és mobilitása korlátozott, számos ökoszisztémában limitáló tényezőként van jelen, különösen a növényi növekedés szempontjából.

A foszfor főként a talajban és kőzetekben található, ahonnan lassan oldódik ki, és jut el a növényekhez. A foszfor nem rendelkezik gázhalmazállapotú formával, így a ciklusa főként a földkéreg és a bioszféra között zajlik. A túlzott foszforbevitel (pl. műtrágyákból) vízbe jutva eutrofizációt okozhat.

Nitrogén

A nitrogén szintén alapvető biogén elem, megtalálható a nukleinsavakban, fehérjékben, vitaminokban. Legnagyobb része a légkör, a talaj és a talajvíz, továbbá a bioszféra között oszlik meg szerves és szervetlen vegyületek formájában. Azonban korlátozó anyag számos ökoszisztémában.

A légköri nitrogént (N₂) csak bizonyos mikroorganizmusok képesek átalakítani növények számára felvehető formába (NH₃). A ciklus során a nitrogén különböző formákban (ammónia, nitrit, nitrát) mozog, majd visszakerül a légkörbe denitrifikációval. Az emberi tevékenységek, különösen a műtrágyahasználat, jelentősen megnövelték a reaktív nitrogén mennyiségét a környezetben.

Probléma: a műtrágya

A műtrágyázás szorosan kapcsolódik a biogeokémiai áramlásokhoz, mivel közvetlenül befolyásolja a nitrogén- és foszforciklusokat, amelyek a Föld tápanyagkörforgásának kulcsfontosságú részei.

A műtrágyázás célja, hogy pótolja a talajból hiányzó tápanyagokat, elsősorban nitrogént, foszfort és káliumot, amelyek elengedhetetlenek a növények növekedéséhez és terméshozamához. A modern mezőgazdaságban a műtrágyák használata lehetővé tette a nagyobb hozamokat, a gyorsabb növekedést, és a földek intenzív kihasználását, és ezzel párhuzamosan megkezdődtek a környezeti problémák is.

Ahogy arról már fent írtunk, a műtrágyák fő összetevői a nitrogén és foszfor, amelyeket nagy mennyiségben juttatnak a talajba a növények tápanyagellátása érdekében. Ez a külső beavatkozás jelentősen megnöveli a reaktív nitrogén és foszfor mennyiségét a környezetben, felborítva a természetes körforgásokat. A felesleges tápanyagok kimosódnak a talajból, bekerülnek a víztestekbe, és algásodást (eutrofizációt) okoznak, végső során hozzájárulnak a vízi élővilág pusztulásához. Ezzel párhuzamosan a légkörbe kerülő nitrogénvegyületek légszennyezést okozhatnak, míg a talajban savasodást idézhetnek elő.

Biztonságos és hatékony termésnövelő anyagok

A nitrogén és foszfor túlzott kibocsátása ökoszisztémák átalakulásához, vizek elszennyeződéséhez, valamint hosszú távú bioszféra- és klímahatásokhoz vezet. Ezt a bolygóhatárt már az 1970-es években átléptük, és beavatkozás nélkül tovább romlik majd a jelenlegi állapot, növelve annak negatív követelményeit és azok kitettségét. Egyes hatások csak evolúciós időskálán lesznek érzékelhetők, mások már most is súlyos következményekkel járnak.

Beavatkozással viszont csökkenthető lenne 2050-ig a kapcsolódó kibocsátás. Fenntartható mezőgazdaságot támogatandó, az Európai Unió is rendeletben szabályozza a termésnövelő anyagok forgalmazását és használatát az unió területén. Ehhez szükség van a műtrágyázás csökkentésére, például az alábbiak szerint:

1. Elkerülhető a túlzott műtrágyahasználat

A műtrágya önmagában nem lenne ekkora probléma, viszont a használt mennyiségek többszörösét teszik ki a szükségesnek. Ez vezet a problémákhoz. Amennyiben pontosan meghatározhatóvá válik a talaj tápanyagigénye – akár szenzorok segítségével – úgy célzottan lehet kezelni a problémát, javítva a talaj minőségét és csökkentve a kapcsolódó kockázatokat.

2. Szerves trágyák alkalmazása

A szerves trágyák, például az istállótrágya, komposzt, zöldtrágya vagy a fermentált növényi maradványok visszaforgatása, kevésbé terhelik a környezetet, mivel lassabban bomlanak le, és tápanyagaik fokozatosan szabadulnak fel. Javítják a talajszerkezetet, növelik a talaj szervesanyag-tartalmát, támogatják a talajéletet, és csökkentik a műtrágyákból származó szennyezés kockázatát.

3. Biológiai tápanyagpótlás – nitrogénkötő növények

A hüvelyesek (pl. borsó, bab, lucerna) képesek megkötni a légköri nitrogént, természetes úton javítva a talaj nitrogéntartalmát. Vetésforgóban, zöldtrágyaként vagy köztes növényként alkalmazva csökkenthető a külső nitrogénműtrágya-igény. Ugyanígy a talajban élő mikrobák, gombák is támogatják a tápanyag-hasznosulást.

4. Innováció: új típusú műtrágyák és mikrobiológiai készítmények

Az inhibitorokkal, bevonatokkal késleltetett oldódású műtrágyák (pl. lassan lebomló granulátumok) csökkentik a kimosódást, így hatékonyabban hasznosulnak. Egyre népszerűbbek a mikrobiális oltóanyagok, például foszfort vagy nitrogént mobilizáló baktériumok, gombák – ezek segítik a növényeket abban, hogy a talajban természetesen meglévő, de kötött formájú tápanyagokat is felvehessék.

5. Körforgásos tápanyag-gazdálkodás, városi komposzt és újrahasznosítás

Nagyvárosokban és ipari léptékben egyre elterjedtebb a szennyvíziszapból, élelmiszer-hulladékból vagy akár lakossági zöldhulladékból előállított tápanyagforrások használata, amivel részben kiválthatók a bányászott foszforalapú műtrágyák. Több helyen kísérleteznek a vizelet vagy fekália foszfor- és nitrogéntartalmának újrahasznosításával is (pl. struvitkristályok formájában).

A sorozat eddig megjelent cikkei:

1. Bolygóhatárok: trendek és közös társadalmi-gazdasági útvonalak (SSP)
2. Bolygóhatárok: klímaváltozás
3. Bolygóhatárok: Bioszféra integritás és földhasználat
4. Bolygóhatárok: édesvíz fogyasztás és óceánok savasodása

[A sorozat szerkesztői: Büki Bence, Ónodi Vanda, Szomolányi Katalin, Vida Melinda és Zöld Mihály]