تأثير النيتروجين والنيتروجين غير البروتيني على الزراعة

تؤثر تأثيرات النيتروجين على الزراعة بشكل كبير على نمو المحاصيل وخصوبة التربة والإنتاجية الزراعية الإجمالية، كما أنها تمارس تأثيرات كبيرة على البيئة.

يُعدّ النيتروجين عنصرًا حيويًا للعديد من العمليات البيئية. ويلعب دورًا محوريًا في دورة النيتروجين ، وهي عملية بيوجيوكيميائية معقدة تتضمن تحوّل النيتروجين بين أشكال كيميائية مختلفة وانتقاله عبر مختلف المكونات البيئية كالغلاف الجوي والتربة والمياه والكائنات الحية. ^{[ 1 ]} يوجد النيتروجين في حالته الطبيعية بشكل أساسي على هيئة غاز (N2) في الغلاف الجوي، حيث يشكّل حوالي 78% من الهواء الذي نتنفسه. ويُستخدم النيتروجين على نطاق واسع في قطاعات متنوعة، لا سيما في الزراعة والنقل. وتكمن مرونته في قدرته على تكوين مركبات عديدة، لكل منها خصائص وتطبيقات فريدة.

يُعدّ النيتروجين عنصرًا غذائيًا أساسيًا في الزراعة، إذ يلعب دورًا حاسمًا في نمو النبات وتطوره. وهو مُكوّن أساسي للبروتينات والإنزيمات والكلوروفيل والأحماض النووية ، وكلها ضرورية للعديد من العمليات الأيضية داخل النباتات. ^{[ 2 ]} عند مناقشة استخدام النيتروجين في الزراعة، من الضروري مراعاة مصادر النيتروجين المُستخدمة. تُستخدم الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية، مثل نترات الأمونيوم واليوريا ، بشكل شائع في المحاصيل لتعويض نقص النيتروجين في التربة وتعزيز إنتاجية المحاصيل. ^{[ 3 ]} تُوفّر هذه الأسمدة نيتروجينًا مُتاحًا بسهولة لامتصاص النبات، مما يُعزّز النمو الخضري القوي ويُحسّن المحاصيل. مع ذلك، يُمكن أن يُؤدّي الإفراط في استخدام الأسمدة النيتروجينية أو عدم كفاءتها إلى مشاكل بيئية مثل تسرب النيتروجين، والجريان السطحي، وانبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx). ^{[ 4 ]} يحدث تسرب النيتروجين عندما تنتقل مركبات النيتروجين، وخاصة النترات ، عبر طبقات التربة وتدخل المياه الجوفية، مما قد يُلوّث مصادر مياه الشرب. ^{[ ٢ ]} للتخفيف من هذه الآثار البيئية، تُستخدم استراتيجيات متنوعة لإدارة النيتروجين في الزراعة. يُعدّ اختبار التربة ممارسة أساسية تُساعد المزارعين على تقييم حالة العناصر الغذائية في تربتهم وتحديد معدلات استخدام الأسمدة المناسبة. تُساعد خطط إدارة العناصر الغذائية، القائمة على نتائج اختبار التربة، على تحسين كفاءة استخدام الأسمدة مع تقليل فقدان النيتروجين في البيئة.

تتأثر جودة المياه بشكل كبير بالنيتروجين، الذي يؤثر بدوره على النظم البيئية في المناطق التي طرأ عليها تغيير بفعل الإنسان. ورغم أن النيتروجين عنصر ضروري للحياة، إلا أن زيادته في الماء قد تُلحق أضرارًا بالغة بالنظم البيئية المائية وتُهدد صحة الإنسان. ويُعدّ جريان المياه الزراعية، حيث تتسرب الأسمدة المحتوية على مركبات النيتروجين إلى الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية، أحد المصادر الرئيسية للنيتروجين في الماء. كما تُطلق المناطق الحضرية مياه الصرف الصحي وتُضيف النيتروجين من خلال جريان مياه الأمطار. ويمكن أن تُؤدي زيادة مستويات النيتروجين في الماء إلى ظاهرة التخثث، حيث يُشجع وفرة المغذيات على نمو الطحالب والنباتات المائية الأخرى. ^{[ 5 ]}

يُستخدم مصطلح النيتروجين غير البروتيني (NPN) في تغذية الحيوانات للإشارة إلى مجموعة من المكونات مثل اليوريا والبيوريت والأمونيا ، وهي ليست بروتينات ، ولكن يمكن تحويلها إلى بروتينات ميكروبية بواسطة الميكروبات الموجودة في معدة المجترات ، والتي تُهضم وتُمتص من قِبل الحيوان كمصدر للأحماض الأمينية ، مما يدعم نموه وإنتاجيته. ^{[ 6 ]} ونظرًا لانخفاض تكلفتها مقارنةً بالبروتينات النباتية والحيوانية ، فإن إضافتها إلى العلف قد تُحقق مكاسب اقتصادية. كما يُمكن استخدام النيتروجين غير البروتيني لرفع قيم البروتين الخام بشكل مصطنع ، والتي تُقاس بناءً على محتوى النيتروجين، حيث أن البروتين يُشكل حوالي 16% من النيتروجين، وهو المكون الرئيسي الوحيد لمعظم الأطعمة التي تحتوي على النيتروجين. ولا يُمكن استخدام النيتروجين غير البروتيني إلا كبروتين من قِبل المجترات، وإضافته إلى علف الحيوانات غير المجترة غير مُجدية. ^{[ 7 ]}

عادةً ما يكون مصدر النيتروجين غير البروتيني مادة مضافة كيميائية للأعلاف، أو في بعض الأحيان مخلفات الدجاج، ^{[ 8 ] [ 9 ]} وروث الماشية. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

قد يؤدي الإفراط في تناول النيتروجين غير البروتيني إلى آثار سلبية على صحة الحيوانات وإنتاجيتها، فضلاً عن آثار بيئية. فعلى وجه التحديد، تتسبب المستويات الزائدة في تباطؤ النمو واحتمالية التسمم بالأمونيا، حيث تقوم الميكروبات بتحويل النيتروجين غير البروتيني إلى أمونيا أولاً قبل استخدامها في إنتاج البروتين. ^{[ 7 ]} كما يمكن أن يؤدي فرط الأمونيا إلى اضطراب توازن الرقم الهيدروجيني في الكرش ونشاط الميكروبات، مما يؤدي إلى حالات مثل حموضة الكرش . ^{[ 12 ]} علاوة على ذلك، فإن الإفراز المفرط للنيتروجين في البول والبراز من الحيوانات التي تتناول علائق غنية بالنيتروجين غير البروتيني قد يساهم في تلوث البيئة بالنيتروجين. ويمكن أن يؤدي جريان النيتروجين من العمليات الزراعية إلى التخثث في المسطحات المائية، وتكاثر الطحالب الضارة، وتدهور النظم البيئية المائية. ^{[ 13 ]}

• دورة النيتروجين
• السياناميد
• حمض السيانوريك
• ميلامين
• 1،3،5-تريازين
• التريازينات
• تلوث صادرات البروتين الصينية