Gjødsel -Fertilizer

En bonde som sprer gjødsel for å forbedre jordens fruktbarhet

En gjødsel ( amerikansk engelsk ) eller gjødsel ( britisk engelsk ; se staveforskjeller ) er ethvert materiale av naturlig eller syntetisk opprinnelse som påføres jord eller plantevev for å tilføre plantenæringsstoffer . Gjødsel kan være forskjellig fra kalkingsmaterialer eller andre ikke-næringsmessige jordforandringer . Det finnes mange kilder til gjødsel, både naturlig og industrielt produsert. For de fleste moderne landbrukspraksis fokuserer gjødsling på tre hovedmakronæringsstoffer: Nitrogen (N), Fosfor (P) og Kalium (K) med sporadiske tilskudd av kosttilskudd somsteinstøv for mikronæringsstoffer. Bønder bruker denne gjødselen på en rekke måter: gjennom tørre eller pelletiserte eller flytende påføringsprosesser, ved bruk av stort landbruksutstyr eller håndverktøymetoder.

Historisk sett kom gjødsling fra naturlige eller organiske kilder: kompost , husdyrgjødsel , menneskelig gjødsel , høstede mineraler, avlingsrotasjoner og biprodukter fra menneskelig naturindustri (dvs. fiskeavfall , eller blodmel fra dyreslakt ). Fra 1800-tallet, etter innovasjoner innen planteernæring , utviklet det seg imidlertid en landbruksindustri rundt syntetisk skapt gjødsel. Denne overgangen var viktig for å transformere det globale matsystemet , noe som muliggjorde industrielt landbruk i større skala med store avlinger. Spesielt nitrogenfikserende kjemiske prosesser som Haber-prosessen på begynnelsen av 1900-tallet, forsterket av produksjonskapasitet skapt under andre verdenskrig, førte til en boom i bruk av nitrogengjødsel. I siste halvdel av 1900-tallet har økt bruk av nitrogengjødsel (800 % økning mellom 1961 og 2019) vært en avgjørende komponent i den økte produktiviteten til konvensjonelle matsystemer (mer enn 30 % per innbygger) som en del av kalt " grønn revolusjon ".

Historie

Total gjødselproduksjon etter type.
Verdens befolkning støttet med og uten syntetisk nitrogengjødsel.
Grunnlagt i 1812, hevdes Mirat , produsent av gjødsel og gjødsel, å være den eldste industribedriften i Salamanca (Spania).

Forvaltning av jords fruktbarhet har opptatt bøndene i tusenvis av år. Egyptere, romere, babylonere og tidlige tyskere er alle registrert som bruker mineraler eller gjødsel for å øke produktiviteten til gårdene deres. Vitenskapen om planteernæring startet godt før arbeidet til den tyske kjemikeren Justus von Liebig , selv om navnet hans er mest nevnt. Nicolas Théodore de Saussure og vitenskapelige kolleger på den tiden var raske til å motbevise forenklingene til Justus von Liebig . Det var en kompleks vitenskapelig forståelse av planteernæring, hvor rollen til humus og organo-mineral interaksjoner var sentral, og som var i tråd med nyere funn fra 1990 og utover. Fremtredende vitenskapsmenn som Justus von Liebig trakk på var Carl Ludwig Sprenger og Hermann Hellriegel . På dette feltet fant det sted en 'kunnskapserosjon', delvis drevet av en sammenblanding av økonomi og forskning. John Bennet Lawes , en engelsk entreprenør , begynte å eksperimentere på effektene av forskjellige husdyrgjødsel på planter som vokste i potter i 1837, og et år eller to senere ble eksperimentene utvidet til avlinger i åkeren. En umiddelbar konsekvens var at han i 1842 patenterte en gjødsel dannet ved å behandle fosfater med svovelsyre, og dermed var han den første som skapte kunstgjødselindustrien. I det påfølgende året vervet han tjenestene til Joseph Henry Gilbert ; sammen utførte de avlingsforsøk ved Institute of Arable Crops Research .

Birkeland–Eyde-prosessen var en av de konkurrerende industrielle prosessene i starten av nitrogenbasert gjødselproduksjon. Denne prosessen ble brukt til å fikse atmosfærisk nitrogen (N 2 ) til salpetersyre (HNO 3 ), en av flere kjemiske prosesser som vanligvis refereres til som nitrogenfiksering . Den resulterende salpetersyren ble deretter brukt som en nitratkilde (NO 3 - ). En fabrikk basert på prosessen ble bygget på Rjukan og Notodden i Norge, kombinert med bygging av store vannkraftanlegg .

1910- og 1920-årene var vitne til fremveksten av Haber-prosessen og Ostwald-prosessen . Haber-prosessen produserer ammoniakk (NH 3 ) fra metan (CH 4 ) ( naturgass ) gass og molekylært nitrogen (N 2 ) fra luften. Ammoniakken fra Haber-prosessen blir deretter delvis omdannet til salpetersyre (HNO 3 ) i Ostwald-prosessen . Etter andre verdenskrig ble nitrogenproduksjonsanlegg som hadde økt for produksjon av bomber under krigstid, rettet mot landbruksbruk. Bruken av syntetisk nitrogengjødsel har økt jevnt og trutt de siste 50 årene, og har økt nesten 20 ganger til dagens rate på 100 millioner tonn nitrogen per år.

Utviklingen av syntetisk nitrogengjødsel har i betydelig grad støttet global befolkningsvekst  - det har blitt anslått at nesten halvparten av menneskene på jorden for tiden mates som et resultat av bruk av syntetisk nitrogengjødsel. Bruken av fosfatgjødsel har også økt fra 9 millioner tonn per år i 1960 til 40 millioner tonn per år i 2000. En maisavling som gir 6–9 tonn korn per hektar (2,5 dekar) krever 31–50 kilo (68–110) lb) av fosfatgjødsel som skal påføres; soyaavlinger krever omtrent halvparten, som 20–25 kg per hektar. Yara International er verdens største produsent av nitrogenbasert gjødsel.

Mekanisme

Seks tomatplanter dyrket med og uten nitratgjødsel på næringsfattig sand/leirejord. En av plantene i den næringsfattige jorda har dødd.
Uorganisk gjødselbruk etter region

Gjødsel øker veksten av planter. Dette målet nås på to måter, den tradisjonelle er tilsetningsstoffer som gir næringsstoffer. Den andre modusen som noen gjødsel virker på, er å forbedre jordens effektivitet ved å modifisere dens vannretensjon og lufting. Denne artikkelen, som mange andre om gjødsel, understreker det ernæringsmessige aspektet. Gjødsel gir vanligvis, i varierende proporsjoner :

Næringsstoffene som kreves for sunt planteliv er klassifisert etter grunnstoffene, men elementene brukes ikke som gjødsel. I stedet er forbindelser som inneholder disse elementene grunnlaget for gjødsel. Makronæringsstoffene konsumeres i større mengder og finnes i plantevev i mengder fra 0,15 % til 6,0 % på tørrstoff (DM) (0 % fuktighet). Planter består av fire hovedelementer: hydrogen, oksygen, karbon og nitrogen. Karbon, hydrogen og oksygen er allment tilgjengelig som vann og karbondioksid. Selv om nitrogen utgjør det meste av atmosfæren, er det i en form som ikke er tilgjengelig for planter. Nitrogen er den viktigste gjødselen siden nitrogen er tilstede i proteiner , DNA og andre komponenter (f.eks. klorofyll ). For å være næringsrik for planter må nitrogen gjøres tilgjengelig i en «fast» form. Bare noen bakterier og deres vertsplanter (spesielt belgfrukter ) kan fikse atmosfærisk nitrogen (N 2 ) ved å omdanne det til ammoniakk . Fosfat er nødvendig for produksjon av DNA og ATP , den viktigste energibæreren i celler, samt visse lipider.

Mikrobiologiske betraktninger

To sett med enzymatiske reaksjoner er svært relevante for effektiviteten til nitrogenbasert gjødsel.

Urease

Den første er hydrolyse (reaksjon med vann) av urea. Mange jordbakterier har enzymet urease , som katalyserer omdannelsen av urea til ammoniumion (NH 4 + ) og bikarbonation (HCO 3 - ).

Ammoniakkoksidasjon

Ammoniakkoksiderende bakterier (AOB), som arter av Nitrosomonas , oksiderer ammoniakk til nitritt , en prosess som kalles nitrifikasjon . Nitrittoksiderende bakterier, spesielt Nitrobacter , oksiderer nitritt til nitrat, som er ekstremt mobilt og er en viktig årsak til eutrofiering .

Klassifisering

Gjødsel er klassifisert på flere måter. De er klassifisert i henhold til om de gir et enkelt næringsstoff (f.eks. K, P eller N), i så fall klassifiseres de som "rette gjødsel". "Multinutrient gjødsel" (eller "kompleks gjødsel") gir to eller flere næringsstoffer, for eksempel N og P. Gjødsel er også noen ganger klassifisert som uorganisk (emnet for det meste av denne artikkelen) kontra organisk. Uorganisk gjødsel inkluderer ikke karbonholdige materialer unntatt urea . Organisk gjødsel er vanligvis (resirkulert) materiale fra planter eller dyr. Uorganiske kalles noen ganger syntetisk gjødsel siden forskjellige kjemiske behandlinger er nødvendige for fremstillingen av dem.

Enkeltnæringsgjødsel ("straight")

Den viktigste nitrogenbaserte rettgjødselen er ammoniakk eller dets løsninger. Ammoniumnitrat (NH 4 NO 3 ) er også mye brukt. Urea er en annen populær kilde til nitrogen, og har fordelen at den er fast og ikke-eksplosiv, i motsetning til henholdsvis ammoniakk og ammoniumnitrat. Noen få prosent av nitrogengjødselmarkedet (4 % i 2007) er blitt dekket av kalsiumammoniumnitrat ( Ca(NO 3 ) 2 · NH 4 · 10 H 2 O ).

De viktigste direkte fosfatgjødslene er superfosfatene . «Single superphosphate» (SSP) består av 14–18 % P 2 O 5 , igjen i form av Ca(H 2 PO 4 ) 2 , men også fosfogips ( Ca SO 4 · 2 H 2 O ). Trippel superfosfat (TSP) består typisk av 44–48 % P 2 O 5 og ingen gips. En blanding av enkelt superfosfat og trippel superfosfat kalles dobbelt superfosfat. Mer enn 90 % av en typisk superfosfatgjødsel er vannløselig.

Den viktigste kaliumbaserte rettgjødselen er muriate of potash (MOP). Muriat av potaske består av 95–99 % KCl, og er typisk tilgjengelig som 0-0-60 eller 0-0-62 gjødsel.

Multinæringsgjødsel

Disse gjødselene er vanlige. De består av to eller flere næringskomponenter.

Binær (NP, NK, PK) gjødsel

Store to-komponent gjødsel gir både nitrogen og fosfor til plantene. Disse kalles NP-gjødsel. De viktigste NP-gjødselene er monoammoniumfosfat (MAP) og diammoniumfosfat (DAP). Den aktive ingrediensen i MAP er NH 4 H 2 PO 4 . Den aktive ingrediensen i DAP er (NH 4 ) 2 HPO 4 . Omtrent 85 % av MAP- og DAP-gjødsel er løselig i vann.

NPK gjødsel

NPK-gjødsel er tre-komponent gjødsel som gir nitrogen, fosfor og kalium. Det finnes to typer NPK-gjødsel: sammensatte og blandinger. Sammensatt NPK-gjødsel inneholder kjemisk bundne ingredienser, mens blandet NPK-gjødsel er fysiske blandinger av enkelt næringskomponenter.

NPK-vurdering er et klassifiseringssystem som beskriver mengden nitrogen, fosfor og kalium i en gjødsel. NPK-klassifiseringer består av tre tall atskilt med bindestreker (f.eks. 10-10-10 eller 16-4-8) som beskriver det kjemiske innholdet i gjødsel. Det første tallet representerer prosentandelen nitrogen i produktet; det andre tallet, P 2 O 5 ; den tredje, K 2 O. Gjødsel inneholder faktisk ikke P 2 O 5 eller K 2 O, men systemet er en konvensjonell stenografi for mengden av fosfor (P) eller kalium (K) i en gjødsel. En 50-pund (23 kg) pose med gjødsel merket 16-4-8 inneholder 8 lb (3,6 kg) nitrogen (16% av de 50 pounds), en mengde fosfor som tilsvarer den i 2 pounds P 2 O 5 (4 % av 50 pund), og 4 pund K2O (8 % av 50 pund). De fleste gjødsel er merket i henhold til denne NPK-konvensjonen, selv om australsk konvensjon, etter et NPKS-system, legger til et fjerde tall for svovel, og bruker elementverdier for alle verdier inkludert P og K.

Mikronæringsstoffer

Mikronæringsstoffer konsumeres i mindre mengder og er tilstede i plantevev i størrelsesorden deler per million (ppm), fra 0,15 til 400 ppm eller mindre enn 0,04 % tørrstoff. Disse elementene er ofte nødvendige for enzymer som er essensielle for plantens metabolisme. Fordi disse elementene muliggjør katalysatorer (enzymer), overstiger deres påvirkning langt vektprosenten. Typiske mikronæringsstoffer er bor, sink, molybden, jern og mangan. Disse elementene leveres som vannløselige salter. Jern byr på spesielle problemer fordi det omdannes til uløselige (biotilgjengelige) forbindelser ved moderat jord pH og fosfatkonsentrasjoner. Av denne grunn blir jern ofte administrert som et chelatkompleks , f.eks. EDTA- eller EDDHA- derivatene. Mikronæringsbehovet avhenger av planten og miljøet. For eksempel ser det ut til at sukkerroer krever bor , og belgfrukter krever kobolt , mens miljøforhold som varme eller tørke gjør bor mindre tilgjengelig for planter.

Miljø

Syntetisk gjødsel brukt i landbruket har vidtrekkende miljøkonsekvenser . Ifølge Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) spesialrapport om klimaendringer og land , er produksjon av denne gjødselen og tilhørende arealbrukspraksis drivere for global oppvarming . Bruken av gjødsel har også ført til en rekke direkte miljøkonsekvenser: landbruksavrenning som fører til nedstrømseffekter som havdøde soner og vannveier, nedbrytning av jordmikrobiom og akkumulering av giftstoffer i økosystemer. Indirekte miljøpåvirkninger inkluderer: miljøpåvirkningene av fracking for naturgass brukt i Haber-prosessen , landbruksboomen er delvis ansvarlig for den raske veksten i menneskelig befolkning og storskala industriell landbrukspraksis er assosiert med ødeleggelse av habitater , press på biologisk mangfold og landbruk. tap av jord .

For å redusere bekymringer for miljø og matsikkerhet , har det internasjonale samfunnet inkludert matsystemer i mål 2 for bærekraftig utvikling som fokuserer på å skape et klimavennlig og bærekraftig matproduksjonssystem . De fleste politiske og regulatoriske tilnærminger for å løse disse problemene fokuserer på å dreie landbrukspraksis mot bærekraftig eller regenerativ landbrukspraksis : disse bruker mindre syntetisk gjødsel, bedre jordforvaltning (for eksempel jordbruk uten jordbruk ) og mer organisk gjødsel.

Produksjon

Produksjonen av syntetisk eller uorganisk gjødsel krever tilberedte kjemikalier, mens organisk gjødsel er avledet fra de organiske prosessene til planter og dyr i biologiske prosesser ved bruk av biokjemikalier.

Nitrogengjødsel

Totalt forbruk av nitrogengjødsel per region, målt i tonn totalt næringsstoff per år.

Toppbrukere av nitrogenbasert gjødsel
Land Total N-bruk
(Mt pa)
Amt. brukes til
fôr/beite
(Mt pa)
Kina 18.7 3.0
India 11.9 N/A
OSS 9.1 4.7
Frankrike 2.5 1.3
Tyskland 2.0 1.2
Brasil 1.7 0,7
Canada 1.6 0,9
Tyrkia 1.5 0,3
Storbritannia 1.3 0,9
Mexico 1.3 0,3
Spania 1.2 0,5
Argentina 0,4 0,1

Nitrogengjødsel er laget av ammoniakk (NH 3 ) produsert ved Haber-Bosch-prosessen . I denne energikrevende prosessen er det vanligvis naturgass (CH 4 ) som leverer hydrogenet , og nitrogenet (N 2 ) kommer fra luften . Denne ammoniakken brukes som råstoff for all annen nitrogengjødsel, som vannfri ammoniumnitrat (NH 4 NO 3 ) og urea (CO(NH 2 ) 2 ).

Forekomster av natriumnitrat (NaNO 3 ) ( chilensk salpeter ) finnes også i Atacama-ørkenen i Chile og var en av de opprinnelige (1830) nitrogenrike gjødslingene som ble brukt. Det utvinnes fortsatt for gjødsel. Nitrater produseres også av ammoniakk ved Ostwald-prosessen .

Fosfatgjødsel

En apatittgruve i Siilinjärvi , Finland.

Fosfatgjødsel oppnås ved ekstraksjon fra fosfatbergart , som inneholder to viktigste fosforholdige mineraler, fluorapatitt Ca 5 (PO 4 ) 3 F (CFA) og hydroksyapatitt Ca 5 (PO 4 ) 3 OH. Disse mineralene omdannes til vannløselige fosfatsalter ved behandling med svovelsyre (H 2 SO 4 ) eller fosforsyre (H 3 PO 4 ). Den store produksjonen av svovelsyre er først og fremst motivert av denne applikasjonen. I nitrofosfatprosessen eller Odda-prosessen (oppfunnet i 1927) løses fosfatbergart med opptil 20 % fosfor (P) innhold med salpetersyre (HNO 3 ) for å produsere en blanding av fosforsyre (H 3 PO 4 ) og kalsium nitrat (Ca(NO 3 ) 2 ). Denne blandingen kan kombineres med en kaliumgjødsel for å produsere en sammensatt gjødsel med de tre makronæringsstoffene N, P og K i lett oppløst form.

Kaliumgjødsel

Potaske er en blanding av kaliummineraler som brukes til å lage kalium (kjemisk symbol: K) gjødsel. Potaske er løselig i vann, så hovedinnsatsen for å produsere dette næringsstoffet fra malmen innebærer noen rensetrinn; for å fjerne natriumklorid (NaCl) (vanlig salt ). Noen ganger omtales kaliumklorid som K 2 O, for enkelhets skyld for de som beskriver kaliuminnholdet. Faktisk er kaliumgjødsel vanligvis kaliumklorid , kaliumsulfat , kaliumkarbonat eller kaliumnitrat .

NPK gjødsel

Det er fire hovedruter for produksjon av NPK-gjødsel: 1) dampgranulering, 2) kjemisk granulering, 3) komprimering, 4) bulkblanding. De tre første prosessene brukes til å produsere sammensatte NPK-er. Under dampgranulering blandes råmaterialer og granuleres videre med damp som bindemiddel. Kjemisk granuleringsprosess er basert på kjemiske reaksjoner mellom flytende råvarer (som fosforsyre, svovelsyre, ammoniakk) og faste råvarer (som kaliumklorid, resirkulert materiale). Komprimering implementerer høyt trykk for å agglomerere tørre pulvermaterialer. Til slutt produseres bulkblandinger ved å blande rett gjødsel.

Organisk gjødsel

Kompostbeholder for småskala produksjon av organisk gjødsel
En stor kommersiell kompostvirksomhet

" Organisk gjødsel " kan beskrive gjødsel med en organisk – biologisk – opprinnelse – det vil si gjødsel avledet fra levende eller tidligere levende materialer. Organisk gjødsel kan også beskrive kommersielt tilgjengelige og ofte pakkede produkter som streber etter å følge forventningene og restriksjonene vedtatt av " økologisk landbruk ” og ” miljøvennlig ” hagearbeid – relaterte systemer for mat- og planteproduksjon som i betydelig grad begrenser eller strengt tatt unngår bruken av syntetisk gjødsel og plantevernmidler. De "organiske gjødsel" -produktene inneholder typisk både noen organiske materialer så vel som akseptable tilsetningsstoffer som næringsrike steinpulver, malte havskjell (krabbe, østers, etc.), andre tilberedte produkter som frømel eller tare, og kultiverte mikroorganismer og derivater .

Gjødsel av organisk opprinnelse (den første definisjonen) inkluderer animalsk avfall , planteavfall fra jordbruk, tang , kompost og behandlet kloakkslam ( biosolids ). Utover gjødsel kan animalske kilder inkludere produkter fra slakting av dyr – blodmel , beinmel , fjærmel , huder, hover og horn er alle typiske komponenter. Organisk avledede materialer tilgjengelig for industrien som kloakkslam er kanskje ikke akseptable komponenter i økologisk landbruk og hagearbeid, på grunn av faktorer som spenner fra gjenværende forurensninger til offentlig oppfatning. På den annen side kan markedsført "organisk gjødsel" inkludere og fremme bearbeidet organisk fordi materialene har forbrukernes appell. Uansett definisjon eller sammensetning, inneholder de fleste av disse produktene mindre konsentrerte næringsstoffer, og næringsstoffene er ikke like lett å kvantifisere. De kan tilby jordbyggende fordeler i tillegg til å være tiltalende for de som prøver å drive jordbruk/hage mer "naturlig".

Når det gjelder volum, er torv det mest brukte emballerte organiske jordtillegget. Det er en umoden form for kull og forbedrer jorden ved å lufte og absorbere vann, men gir ingen næringsverdi til plantene. Det er derfor ikke en gjødsel som definert i begynnelsen av artikkelen, men snarere en endring. Kokos , (avledet fra kokosnøttskall), bark og sagflis når de tilsettes jord, virker alle på samme måte (men ikke identisk) som torv og betraktes også som organiske jordforbedringsmidler – eller teksturiserere – på grunn av deres begrensede næringsinntak. Noen organiske tilsetningsstoffer kan ha en omvendt effekt på næringsstoffer – fersk sagflis kan konsumere jordnæringsstoffer når den brytes ned, og kan senke jordens pH – men de samme organiske tekstureringsstoffene (så vel som kompost, etc.) kan øke tilgjengeligheten av næringsstoffer gjennom forbedret kationbytte, eller gjennom økt vekst av mikroorganismer som igjen øker tilgjengeligheten av visse plantenæringsstoffer. Organisk gjødsel som kompost og gjødsel kan distribueres lokalt uten å gå i industriproduksjon, noe som gjør det faktiske forbruket vanskeligere å kvantifisere.

applikasjon

Påføring av superfosfatgjødsel for hånd, New Zealand, 1938

Gjødsel brukes ofte til å dyrke alle avlinger, med påføringshastigheter avhengig av jordfruktbarheten, vanligvis målt ved en jordtest og i henhold til den aktuelle avlingen. Belgvekster, for eksempel, fikserer nitrogen fra atmosfæren og krever generelt ikke nitrogengjødsel.

Væske vs fast

Gjødsel påføres avlinger både som faste stoffer og som flytende. Omtrent 90 % av gjødsel tilføres som faste stoffer. De mest brukte faste uorganiske gjødselmidlene er urea , diammoniumfosfat og kaliumklorid. Fast gjødsel er vanligvis granulert eller pulverisert. Ofte er faste stoffer tilgjengelige som priller , en solid kule. Flytende gjødsel omfatter vannfri ammoniakk, vandige løsninger av ammoniakk, vandige løsninger av ammoniumnitrat eller urea. Disse konsentrerte produktene kan fortynnes med vann for å danne en konsentrert flytende gjødsel (f.eks. UAN ). Fordelene med flytende gjødsel er dens raskere effekt og lettere dekning. Tilsetning av gjødsel til vanningsvann kalles "gjødsel " .

Urea

Urea er svært løselig i vann og er derfor også godt egnet for bruk i gjødselløsninger (i kombinasjon med ammoniumnitrat: UAN), f.eks. i "bladfôrgjødsel". For gjødselbruk foretrekkes granulat fremfor priller på grunn av deres smalere partikkelstørrelsesfordeling, noe som er en fordel for mekanisk påføring.

Urea spres vanligvis med hastigheter på mellom 40 og 300 kg/ha (35 til 270 lbs/acre), men hastighetene varierer. Mindre applikasjoner medfører lavere tap på grunn av utlekking. Om sommeren spres urea ofte rett før eller under regn for å minimere tap fra fordampning (en prosess der nitrogen går tapt til atmosfæren som ammoniakkgass).

På grunn av den høye nitrogenkonsentrasjonen i urea er det svært viktig å oppnå en jevn spredning. Boring må ikke skje ved kontakt med eller nær frø, på grunn av fare for spireskader. Urea løses opp i vann for påføring som spray eller gjennom vanningssystemer.

I korn- og bomullsvekster påføres ofte urea ved siste dyrking før planting. I områder med mye nedbør og på sandjord (hvor nitrogen kan gå tapt gjennom utlekking) og hvor det forventes god nedbør i sesongen, kan urea være side- eller toppdresset i vekstsesongen. Toppdressing er også populært på beite- og fôrvekster. Ved dyrking av sukkerrør blir urea sidekledd etter planting og påført hver ratoon- avling.

Fordi det absorberer fuktighet fra atmosfæren, blir urea ofte lagret i lukkede beholdere.

Overdosering eller plassering av urea nær frø er skadelig.

Gjødsel med sakte og kontrollert frigjøring

Metylendiurea (MDU) er en del av de mest populære gjødsel med kontrollert frigjøring .
En gjødsel med kontrollert frigjøring (CRF) er en granulert gjødsel som frigjør næringsstoffer gradvis til jorden (dvs. med en kontrollert frigjøringsperiode ). Gjødsel med kontrollert utslipp er også kjent som gjødsel med kontrollert tilgjengelighet, gjødsel med forsinket utslipp, gjødsel med målt utslipp eller saktevirkende gjødsel. Vanligvis refererer CRF til nitrogenbasert gjødsel. Sakte og kontrollert frigjøring omfatter bare 0,15 % (562 000 tonn) av gjødselmarkedet (1995).

Bladpåføring

Bladgjødsel påføres direkte på bladene. Denne metoden brukes nesten uten unntak for å påføre vannløselig rett nitrogengjødsel og brukes spesielt til høyverdige avlinger som frukt. Urea er den vanligste bladgjødselen.

Gjødselforbrenning

Kjemikalier som påvirker nitrogenopptaket

N-butyltiofosforyltriamid, en gjødsel med økt effektivitet.

Ulike kjemikalier brukes for å forbedre effektiviteten til nitrogenbasert gjødsel. På denne måten kan bøndene begrense de forurensende effektene av nitrogenavrenning. Nitrifikasjonshemmere (også kjent som nitrogenstabilisatorer) undertrykker omdannelsen av ammoniakk til nitrat, et anion som er mer utsatt for utlekking. 1-Karbamoyl-3-metylpyrazol (CMP), dicyandiamid , nitrapyrin (2-klor-6-triklormetylpyridin) og 3,4-dimetylpyrazolfosfat (DMPP) er populære. Ureasehemmere brukes til å bremse den hydrolytiske omdannelsen av urea til ammoniakk, som er utsatt for fordampning så vel som nitrifikasjon. Omdannelsen av urea til ammoniakk katalysert av enzymer kalt ureaser . En populær hemmer av ureaser er N-(n-butyl)tiofosforsyretriamid (NBPT).

Overbefruktning

Forsiktig bruk av gjødslingsteknologier er viktig fordi overflødige næringsstoffer kan være skadelig. Gjødselforbrenning kan oppstå når for mye gjødsel påføres, noe som resulterer i skade eller til og med død av planten. Gjødsel varierer i tendens til å brenne omtrent i henhold til saltindeksen .

Statistikk

Gjødselbruk (2018). Fra FAOs World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2020

Nylig har nitrogengjødsel platået i de fleste utviklede land. Kina har blitt den største produsenten og forbrukeren av nitrogengjødsel. Afrika er lite avhengig av nitrogengjødsel. Landbruks- og kjemiske mineraler er svært viktige i industriell bruk av gjødsel, som er verdsatt til omtrent 200 milliarder dollar. Nitrogen har en betydelig innvirkning på den globale mineralbruken, etterfulgt av kaliumklorid og fosfat. Produksjonen av nitrogen har økt drastisk siden 1960-tallet. Fosfat og kalium har økt i pris siden 1960-tallet, som er større enn konsumprisindeksen. Potaske produseres i Canada, Russland og Hviterussland, og utgjør til sammen over halvparten av verdensproduksjonen. Potaskeproduksjonen i Canada økte i 2017 og 2018 med 18,6 %. Konservative estimater rapporterer at 30 til 50 % av avlingene tilskrives naturlig eller syntetisk handelsgjødsel. Gjødselforbruket har overgått mengden jordbruksland i USA . Global markedsverdi vil trolig stige til mer enn 185 milliarder dollar frem til 2019. Det europeiske gjødselmarkedet vil vokse til inntekter på ca. €15,3 milliarder i 2018.

Data om gjødselforbruket per hektar dyrkbar jord i 2012 er publisert av Verdensbanken . Diagrammet nedenfor viser gjødselforbruk i EU-landene i kilogram per hektar (pund per acre). Det totale forbruket av gjødsel i EU er 15,9 millioner tonn for 105 millioner hektar dyrkbar mark (eller 107 millioner hektar dyrkbar jord ifølge et annet anslag). Dette tallet tilsvarer 151 kg gjødsel forbrukt per ha dyrkbar jord i gjennomsnitt av EU-landene.

Diagrammet viser statistikk over gjødselforbruk i vest- og sentraleuropeiske fylker fra data publisert av Verdensbanken for 2012.

Miljøeffekter

Avrenning av jord og gjødsel under en regnstorm

Bruk av gjødsel er gunstig for å gi næringsstoffer til planter, selv om de har noen negative miljøeffekter. Det store økende forbruket av gjødsel kan påvirke jord, overflatevann og grunnvann på grunn av spredning av mineralbruk.

For hvert tonn fosforsyre som produseres ved bearbeiding av fosfatbergart, genereres det fem tonn avfall. Dette avfallet har form av urent, ubrukelig, radioaktivt fast stoff kalt fosfogips . Estimater varierer fra 100 000 000 til 280 000 000 tonn fosforgipsavfall produseres årlig over hele verden.

Vann

Røde sirkler viser plasseringen og størrelsen til mange døde soner .

Fosfor- og nitrogengjødsel når det brukes ofte har store miljøeffekter. Dette er på grunn av store nedbørsmengder som gjør at gjødselen skylles ut i vannveiene. Landbruksavrenning er en stor bidragsyter til eutrofiering av ferskvann. For eksempel, i USA er omtrent halvparten av alle innsjøene eutrofe . Den viktigste bidragsyteren til eutrofiering er fosfat, som normalt er et begrensende næringsstoff; høye konsentrasjoner fremmer veksten av cyanobakterier og alger, hvis død forbruker oksygen. Cyanobakterieoppblomstring (' algeoppblomstring ') kan også produsere skadelige giftstoffer som kan samle seg i næringskjeden, og kan være skadelig for mennesker.

De nitrogenrike forbindelsene som finnes i gjødselavrenning er den primære årsaken til alvorlig oksygenmangel i mange deler av havet , spesielt i kystsoner, innsjøer og elver . Den resulterende mangelen på oppløst oksygen reduserer i stor grad disse områdenes evne til å opprettholde oseanisk fauna . Antall oseaniske døde soner nær bebodde kystlinjer øker. Fra og med 2006 blir bruken av nitrogengjødsel i økende grad kontrollert i Nordvest-Europa og USA. Dersom eutrofiering kan reverseres, kan det ta flere tiår før de akkumulerte nitratene i grunnvannet kan brytes ned av naturlige prosesser.

Nitratforurensning

Bare en brøkdel av den nitrogenbaserte gjødselen omdannes til plantemateriale. Resten samler seg i jorda eller går tapt som avrenning. Høye påføringsmengder av nitrogenholdig gjødsel kombinert med den høye vannløseligheten til nitrat fører til økt avrenning til overflatevann samt utlekking til grunnvann, og forårsaker dermed grunnvannsforurensning . Den overdrevne bruken av nitrogenholdig gjødsel (det være seg syntetisk eller naturlig) er spesielt skadelig, da mye av nitrogenet som ikke tas opp av planter omdannes til nitrat som lett utvaskes.

Nitratnivåer over 10 mg/L (10 ppm) i grunnvann kan forårsake " blue baby syndrome " (ervervet methemoglobinemi ). Næringsstoffene, spesielt nitrater, i gjødsel kan gi problemer for naturlige habitater og for menneskers helse dersom de vaskes av jord til vassdrag eller utvaskes gjennom jord til grunnvann.

Jord

Forsuring

Nitrogenholdig gjødsel kan forårsake forsuring av jorda ved tilsetning. Dette kan føre til reduksjon i næringstilgjengelighet som kan oppveies av kalking .

Akkumulering av giftige elementer

Kadmium

Konsentrasjonen av kadmium i fosforholdig gjødsel varierer betydelig og kan være problematisk. For eksempel kan mono-ammoniumfosfatgjødsel ha et kadmiuminnhold på så lavt som 0,14 mg/kg eller så høyt som 50,9 mg/kg. Fosfatbergarten som brukes i deres produksjon kan inneholde så mye som 188 mg/kg kadmium (eksempler er forekomster på Nauru og juleøyene ). Kontinuerlig bruk av høykadmiumgjødsel kan forurense jord (som vist i New Zealand) og planter . EU-kommisjonen har vurdert grenser for kadmiuminnholdet i fosfatgjødsel . Produsenter av fosforholdig gjødsel velger nå fosfatbergart basert på kadmiuminnholdet.

Fluor

Fosfatbergarter inneholder høye nivåer av fluor. Følgelig har den utbredte bruken av fosfatgjødsel økt fluorkonsentrasjonen i jorda. Det har blitt funnet at matforurensning fra gjødsel er av liten bekymring da planter akkumulerer lite fluor fra jorda; av større bekymring er muligheten for fluortoksisitet for husdyr som får i seg forurenset jord. Effekten av fluor på jordmikroorganismer er også mulige bekymringsfulle.

Radioaktive grunnstoffer

Det radioaktive innholdet i gjødselen varierer betydelig og avhenger både av konsentrasjonen i mormineralet og av produksjonsprosessen for gjødsel. Uran-238-konsentrasjoner kan variere fra 7 til 100 pCi/g i fosfatbergart og fra 1 til 67 pCi/g i fosfatgjødsel. Der det brukes høye årlige mengder fosforgjødsel, kan dette føre til uran-238-konsentrasjoner i jord og dreneringsvann som er flere ganger større enn det som normalt er tilstede. Imidlertid er virkningen av disse økningene på risikoen for menneskers helse fra forurensning av matvarer med radiuklid svært liten (mindre enn 0,05 m Sv /år).

Andre metaller

Stålindustriavfall, resirkulert til gjødsel for deres høye nivåer av sink (essensielt for plantevekst), kan avfall inkludere følgende giftige metaller: blyarsen , kadmium , krom og nikkel. De vanligste giftige elementene i denne typen gjødsel er kvikksølv, bly og arsen. Disse potensielt skadelige urenhetene kan fjernes; Dette øker imidlertid kostnadene betydelig. Svært ren gjødsel er allment tilgjengelig og kanskje best kjent som den svært vannløselige gjødselen som inneholder blå fargestoffer som brukes rundt husholdninger, for eksempel Miracle-Gro . Disse svært vannløselige gjødselene brukes i planteskolevirksomheten og er tilgjengelige i større pakker til betydelig lavere kostnader enn detaljhandelsmengder. Noen rimelige detaljhandel granulær hagegjødsel er laget med ingredienser med høy renhet.

Spor mineralutarming

Oppmerksomhet har blitt rettet mot de synkende konsentrasjonene av elementer som jern, sink, kobber og magnesium i mange matvarer de siste 50–60 årene. Intensiv landbrukspraksis , inkludert bruk av syntetisk gjødsel, foreslås ofte som årsaker til disse nedgangene, og økologisk landbruk foreslås ofte som en løsning. Selv om forbedrede avlingsavlinger som følge av NPK-gjødsel er kjent for å fortynne konsentrasjonene av andre næringsstoffer i planter, kan mye av den målte nedgangen tilskrives bruken av progressivt høyere avlingsvarianter som produserer matvarer med lavere mineralkonsentrasjoner enn deres mindre produktive. forfedre. Det er derfor lite sannsynlig at økologisk landbruk eller redusert bruk av gjødsel vil løse problemet; matvarer med høy næringstetthet antas å oppnås ved bruk av eldre varianter med lavere avkastning eller utvikling av nye høyytende, næringstette varianter.

Gjødsel er faktisk mer sannsynlig å løse spormineralmangelproblemer enn å forårsake dem: I Vest-Australia ble mangel på sink , kobber, mangan , jern og molybden identifisert som begrensende for veksten av store avlinger og beitemarker på 1940- og 1950-tallet . Jordsmonn i Vest-Australia er veldig gammel, svært forvitret og mangelfull på mange av de viktigste næringsstoffene og sporelementene. Siden denne tiden er disse sporstoffene rutinemessig tilsatt gjødsel som brukes i landbruket i denne tilstanden. Mange andre jordarter rundt om i verden har mangel på sink, noe som fører til mangel på både planter og mennesker, og sinkgjødsel er mye brukt for å løse dette problemet.

Endringer i jordbiologi

Høye nivåer av gjødsel kan forårsake nedbryting av de symbiotiske forholdene mellom planterøtter og mykorrhizasopp .

Energiforbruk og bærekraft

I USA i 2004 ble 317 milliarder kubikkfot naturgass forbrukt i industriell produksjon av ammoniakk , mindre enn 1,5 % av USAs totale årlige forbruk av naturgass . En rapport fra 2002 antydet at produksjonen av ammoniakk bruker omtrent 5 % av det globale naturgassforbruket, noe som er noe under 2 % av verdens energiproduksjon.

Ammoniakk produseres fra naturgass og luft. Kostnaden for naturgass utgjør omtrent 90 % av kostnadene ved å produsere ammoniakk. Prisøkningen på naturgasser det siste tiåret, sammen med andre faktorer som økende etterspørsel, har bidratt til en økning i gjødselprisen.

Bidrag til klimaendringer

Drivhusgassene karbondioksid , metan og lystgass produseres under produksjon av nitrogengjødsel. CO2 anslås å utgjøre over 1 % av globale CO2-utslipp. Nitrogengjødsel kan omdannes av jordbakterier til lystgass , en drivhusgass . Utslipp av lystgass fra mennesker, hvorav de fleste er fra gjødsel, mellom 2007 og 2016 er estimert til 7 millioner tonn per år, noe som er uforenlig med å begrense global oppvarming til under 2°C.

Atmosfære

Globale metankonsentrasjoner (overflate og atmosfærisk) for 2005; legg merke til tydelige skyer

Gjennom den økende bruken av nitrogengjødsel, som ble brukt med en hastighet på rundt 110 millioner tonn (N) per år i 2012, i tillegg til den allerede eksisterende mengden reaktivt nitrogen, har lystgass (N 2 O) blitt den tredje mest viktig klimagass etter karbondioksid og metan. Den har et globalt oppvarmingspotensial som er 296 ganger større enn en lik masse karbondioksid, og det bidrar også til utarming av ozon i stratosfæren. Ved å endre prosesser og prosedyrer er det mulig å dempe noen, men ikke alle, av disse effektene på menneskeskapte klimaendringer .

Metanutslipp fra avlingsfelt (spesielt rismarker ) økes ved bruk av ammoniumbasert gjødsel. Disse utslippene bidrar til globale klimaendringer ettersom metan er en potent klimagass.

Politikk

Regulering

I Europa håndteres problemer med høye nitratkonsentrasjoner i avrenning av EUs nitratdirektiv. Innenfor Storbritannia oppfordres bønder til å forvalte jordene sine mer bærekraftig i "nedgangsområdesensitivt jordbruk". I USA er høye konsentrasjoner av nitrat og fosfor i avrennings- og dreneringsvann klassifisert som ikke-punktkildeforurensninger på grunn av deres diffuse opprinnelse; denne forurensningen er regulert på statlig nivå. Oregon og Washington, begge i USA, har gjødselregistreringsprogrammer med online-databaser som viser kjemiske analyser av gjødsel.

I Kina er det innført forskrifter for å kontrollere bruken av N-gjødsel i oppdrett. I 2008 begynte kinesiske myndigheter å delvis trekke tilbake gjødselsubsidier, inkludert subsidier til gjødseltransport og til bruk av elektrisitet og naturgass i industrien. Som en konsekvens har prisen på gjødsel gått opp og store gårder har begynt å bruke mindre gjødsel. Hvis store gårder fortsetter å redusere bruken av gjødselsubsidier, har de ikke noe annet valg enn å optimalisere gjødselen de har, noe som derfor vil øke både kornavling og profitt.

To typer landbruksforvaltningspraksis inkluderer økologisk landbruk og konvensjonelt landbruk. Førstnevnte oppmuntrer jordfruktbarhet ved å bruke lokale ressurser for å maksimere effektiviteten. Økologisk landbruk unngår syntetiske landbrukskjemikalier. Konvensjonelt landbruk bruker alle komponentene som økologisk landbruk ikke bruker.

Se også

Referanser

Eksterne linker