الأسمدة

هناك مجموعتان من التفاعلات الإنزيمية ذات صلة كبيرة بكفاءة الأسمدة القائمة على النيتروجين.

اليورياز

أولها التحلل المائي (التفاعل مع الماء) لليوريا ( CO(NH₂ ₎ ₂ ₎ . تمتلك العديد من بكتيريا التربة إنزيم اليورياز ^، الذي يحفز تحويل اليوريا إلى أيون الأمونيوم ⁽ NH₄⁺ ) وأيون البيكربونات ( HCO₃⁻ ) . ^[ 62 ]

أكسدة الأمونيا

تقوم البكتيريا المؤكسدة للأمونيا (AOB)، مثل أنواع النيتروسوموناس ، بأكسدة الأمونيا ( NH₃ ) إلى نتريت ( _NO₂ ) ، وهي عملية تُعرف باسم النترجة . ^{[ 63 ]} أما البكتيريا المؤكسدة للنتريت ، وخاصة النيتروباكتر ، فتقوم بأكسدة النتريت ( NO₂ ) إلى نترات ( NO₃ ) ، وهي مادة شديدة الذوبان وسريعة الانتشار ، حيث تتسرب بسهولة إلى المياه الجوفية ثم إلى الأنهار ثم إلى البحر، وتُعد سببًا رئيسيًا للتخثث ^{[ 64} ] وتكاثر الطحالب في الأنهار والبحيرات وشواطئ البحار ^{. [ 65 ]}

السماد الرئيسي القائم على النيتروجين هو الأمونيا (NH3 ₎ ، المتأينة في المحلول على شكل أمونيوم (NH4 ₊ ⁾ ، والتي يتم تطبيقها على شكل أملاح أو مشتقات ، بما في ذلك:

• يستخدم نترات الأمونيوم ( _{NH4NO3 ) بنسبة 34-35} % من النيتروجين على نطاق واسع.
• اليوريا (CO(NH ₂ ) ₂ )، التي تحتوي على 45-46% من النيتروجين، هي مصدر شائع آخر للنيتروجين، ولها ميزة كونها صلبة وغير قابلة للانفجار، على عكس الأمونيا ونترات الأمونيوم.
• نترات الأمونيوم الكالسيوم هي مزيج من 20-30% من الحجر الجيري CaCO3 أو الدولوميت CaMg(CO3 ₎ 2 _و70-80 % _من نترات الأمونيوم مع 24-28% من النيتروجين.
• نترات الكالسيوم التي تحتوي على 15.5% نيتروجين و19% كالسيوم، يُقال إنها تستحوذ على حصة صغيرة من سوق الأسمدة النيتروجينية (4% في عام 2007). ^{[ 67 ]}

أهم أنواع الأسمدة الفوسفاتية المباشرة هي السوبر فوسفات :

• سوبر فوسفات منفرد (SSP) يتكون من 14-18% P ₂ O ₅ ، مرة أخرى على شكل Ca(H ₂ PO ₄ ) ₂ ، ولكن أيضًا جبس فوسفوري ( Ca SO ₄ · 2 H ₂ O ).
• يتكون سماد السوبرفوسفات الثلاثي (TSP) عادةً من 44-48% من P2O5 _ولا يحتوي على الجبس _.

يُطلق على مزيج السوبر فوسفات الأحادي والثلاثي اسم السوبر فوسفات المزدوج. أكثر من 90% من سماد السوبر فوسفات النموذجي قابل للذوبان في الماء.

يُعدّ كلوريد البوتاسيوم (MOP، 95-99% KCl) السماد الرئيسي القائم على البوتاسيوم . وهو متوفر عادةً على شكل سماد 0-0-60 أو 0-0-62.

هذه الأسمدة شائعة. وهي تتكون من عنصرين غذائيين أو أكثر.

الأسمدة الثنائية (NP، NK، PK)

توفر الأسمدة الرئيسية ثنائية المكونات النيتروجين والفوسفور للنباتات. وتُسمى هذه الأسمدة أسمدة NP. ومن أهم أسمدة NP ما يلي:

• فوسفات أحادي الأمونيوم ( MAP ) NH4H2PO4 . _{مع 11} % نيتروجين و 48 _{% P2O5 .}
• فوسفات ثنائي الأمونيوم ( DAP ). (NH₄ ₎ ₂HPO₄ _{. يحتوي على} 18% نيتروجين و46% _P₂O₅

حوالي 85% من أسمدة MAP وDAP قابلة للذوبان في الماء.

أسمدة NPK

الأسمدة المركبة

سماد مخلوط بكميات كبيرة

أسمدة NPK هي أسمدة ثلاثية العناصر توفر النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم. يوجد نوعان من أسمدة NPK: المركبة والمخلوطة. تحتوي أسمدة NPK المركبة على مكونات مرتبطة كيميائيًا، بينما الأسمدة المخلوطة عبارة عن مخاليط فيزيائية من مكونات غذائية منفردة.

تصنيف NPK هو نظام تصنيف يصف كمية النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم في السماد. يتكون تصنيف NPK من ثلاثة أرقام مفصولة بشرطات (مثل 10-10-10 أو 16-4-8) تصف التركيب الكيميائي للأسمدة. ^{[ 68 ]} يمثل الرقم الأول النسبة المئوية للنيتروجين في المنتج؛ والرقم الثاني يمثل خامس أكسيد الفوسفور (P₂O₅ ) _{؛ والثالث} يمثل أكسيد البوتاسيوم (K₂O ₎ . لا تحتوي الأسمدة فعليًا على خامس أكسيد _{الفوسفور أو} أكسيد البوتاسيوم _، ولكن هذا النظام هو اختصار شائع لكمية الفوسفور (P) أو البوتاسيوم (K) في السماد. تحتوي كيسة سماد وزنها 23 كيلوغرامًا (50 رطلاً) تحمل علامة 16-4-8 على 3.6 كيلوغرام ( 8 أرطال) من النيتروجين (16% من وزن 23 رطلاً)، وكمية من الفوسفور تعادل ما هو موجود في 2 رطل من خامس أكسيد الفوسفور ₍ 4 % من وزن ₂₃ رطلاً)، و4 أرطال من أكسيد البوتاسيوم (8% من وزن ₂₃ رطلاً). يتم تصنيف معظم الأسمدة وفقًا لاتفاقية NPK هذه، على الرغم من أن الاتفاقية الأسترالية، التي تتبع نظام NPKS، تضيف رقمًا رابعًا للكبريت، وتستخدم القيم العنصرية لجميع القيم بما في ذلك P و K. ^{[ 69 ]}   

تُستهلك العناصر الغذائية الدقيقة بكميات ضئيلة، وتوجد في أنسجة النبات بتراكيز تُقاس بأجزاء في المليون (ppm)، تتراوح بين 0.15 و400 جزء في المليون، أو أقل من 0.04% من المادة الجافة. ^{[ 70 ] [ 71 ]} غالبًا ما تكون هذه العناصر ضرورية كمساعدات إنزيمية للإنزيمات الأساسية لعمليات الأيض في النبات . ولأن هذه العناصر تُحفز عمل الإنزيمات ، فإن تأثيرها يتجاوز تركيزها بكثير . ومن العناصر الغذائية الدقيقة الشائعة: البورون ، والزنك ، والموليبدينوم ، والحديد ، والمنغنيز . ^{[ 43 ]} تُقدم هذه العناصر على شكل أملاح قابلة للذوبان في الماء. يُشكل الحديد مشكلة خاصة لأنه يتحول من مركبات قابلة للذوبان ( الحديدوز ) إلى مركبات غير قابلة للذوبان وغير متاحة بيولوجيًا ( الحديديك ) عند درجة حموضة التربة وتركيزات الفوسفات المعتدلة. ^{[ 72 ]} لهذا السبب، يُضاف الحديد غالبًا على شكل مُركب مخلبي ، مثل مشتقات EDTA أو EDDHA . وتعتمد احتياجات النبات من العناصر الغذائية الدقيقة على نوع النبات والبيئة المحيطة به. فعلى سبيل المثال، يبدو أن بنجر السكر يحتاج إلى البورون ، والبقوليات تحتاج إلى الكوبالت ، ^{[ 1 ]} في حين أن الظروف البيئية مثل الحرارة أو الجفاف تجعل البورون أقل توفراً للنباتات، مما يسبب نقص البورون . ^{[ 73 ]}

تُصنع الأسمدة النيتروجينية من الأمونيا (NH₃ ₎ المُنتجة بعملية هابر -بوش . ^{[ 67 ]} في هذه العملية كثيفة الاستهلاك للطاقة ، يُستخدم الغاز الطبيعي (CH₄ ₎ عادةً لتوفير الهيدروجين ، بينما يُستخلص النيتروجين (N₂ ₎ من الهواء . تُستخدم هذه الأمونيا كمادة أولية لجميع الأسمدة النيتروجينية الأخرى، مثل _نترات الأمونيوم اللامائية (NH₄NO₃ ) _{واليوريا} ( CO (NH₂ ₎ ₂ ₎ .

توجد رواسب نترات الصوديوم (NaNO₃ ₎ ( ملح البارود التشيلي ) أيضًا في صحراء أتاكاما في تشيلي ، وكانت من أوائل الأسمدة الغنية بالنيتروجين المستخدمة (عام 1830). ^{[ 76 ]} ولا يزال يُستخرج لاستخدامه في الأسمدة. ^{[ 77 ]} كما تُنتج النترات من الأمونيا بعملية أوستوالد .

تُستخلص الأسمدة الفوسفاتية من صخور الفوسفات ، التي تحتوي على معدنين رئيسيين من الفوسفور، هما _{فلوراباتيت} Ca₅ ( PO₄ ₎ ₃F ₍ CFA) وهيدروكسي أباتيت Ca₅ (PO₄ _{) ₃OH .} تُستخرج مليارات الكيلوغرامات من صخور الفوسفات سنويًا، إلا أن حجم وجودة الخام المتبقي آخذة في التناقص. ^{[ 37 ]} تُحوّل هذه المعادن إلى أملاح فوسفات قابلة للذوبان في الماء بمعالجتها بالأحماض . [ ^{78 ] ويُعزى} الإنتاج الضخم لحمض الكبريتيك بشكل أساسي إلى هذا الاستخدام. ^{[ 79 ]} في عملية نيتروفوسفات أو عملية أودا (التي اختُرعت عام 1927)، تُذاب صخور الفوسفات التي يصل محتواها من الفوسفور (P) إلى 20% في حمض النيتريك (HNO₃ ₎ لإنتاج خليط من حمض الفوسفوريك ( _H₃PO₄ ) ونترات الكالسيوم ₍ Ca (NO₃ ₎ ₂ ₎ . يمكن دمج هذا الخليط مع سماد البوتاسيوم لإنتاج سماد مركب يحتوي على العناصر الغذائية الكبرى الثلاثة N و P و K في شكل سهل الذوبان. ^{[ 80 ]}

البوتاس خليط من معادن البوتاسيوم يُستخدم في صناعة أسمدة البوتاسيوم (رمزه الكيميائي: K). يذوب البوتاس في الماء، لذا فإن الجهد الرئيسي في إنتاج هذا العنصر الغذائي من خامه يتضمن بعض خطوات التنقية، مثل إزالة كلوريد الصوديوم (NaCl) ( ملح الطعام ). ^{[ 81 ]} يُشار إلى البوتاس أحيانًا بالرمز K₂O _، تسهيلًا لوصف محتوى البوتاسيوم. في الواقع، تتكون أسمدة البوتاس عادةً من كلوريد البوتاسيوم ، أو كبريتات البوتاسيوم ، أو كربونات البوتاسيوم ، أو نترات البوتاسيوم . ^{[ 82 ]}

توجد ثلاث طرق رئيسية لتصنيع أسمدة NPK (سميت نسبة إلى مكوناتها الرئيسية: النيتروجين (N) والفوسفور (P) والبوتاسيوم (K)):

• الخلط بالجملة. يتم دمج الأسمدة الفردية بنسبة العناصر الغذائية المطلوبة.

• تعتمد العملية الرطبة على التفاعلات الكيميائية بين المواد الخام السائلة ( حمض الفوسفوريك ، حمض الكبريتيك ، الأمونيا ) والمواد الخام الصلبة (مثل كلوريد البوتاسيوم ).
• عملية النيتروفوسفات.

الخطوة 1. يتم صنع النيتروفوسفات عن طريق تحميض صخور الفوسفات بحمض النيتريك .

• • حمض النيتريك + صخر الفوسفات → حمض الفوسفوريك + كبريتات الكالسيوم + حمض الهيكسافلوروسيليسيك .
  • Ca ₅ F(PO ₄ ) ₃ + 10 HNO ₃ →6 H ₃ PO ₄ + 5 Ca(NO ₃ ) ₂ + HF
  • 6 HF + SiO ₂ →H ₂ SiF ₆ + 2 H ₂ O

الخطوة الثانية: إزالة نترات الكالسيوم. من المهم إزالة نترات الكالسيوم لأنها مادة شديدة الاسترطاب .

• • الطريقة 1. (عملية أودا) تتم إزالة بلورات نترات الكالسيوم عن طريق الطرد المركزي.
  • _{الطريقة} الثانية : عملية السلفونيتريك Ca _{( NO₃} ) _₂ + _H₂SO₄ + _2NH₃ → _CaSO₄ + _2NH₄NO₃
  • _{الطريقة الثالثة} : عملية الفوسفونيت _{Ca ( NO₃} ) _₂ + _H₃PO₄ + _2NH₃ → CaHPO₄ + _2NH₄NO₃
  • الطريقة الرابعة: عملية الكربونات Ca _{( NO₃} ) _₂ + _CO₂ + _H₂O + _2NH₃ → _CaCO₃ + _2NH₄NO₃

يمكن وصف الأسمدة العضوية بأنها تلك الأسمدة ذات الأصل البيولوجي، أي المشتقة من مواد حية أو كانت حية. كما يمكن وصفها بأنها منتجات متوفرة تجاريًا ومعبأة بشكل متكرر، تسعى إلى الالتزام بمعايير وقيود الزراعة العضوية والبستنة الصديقة للبيئة ، أي أنظمة إنتاج الغذاء والنباتات التي تحد بشكل كبير أو تتجنب تمامًا استخدام الأسمدة والمبيدات الكيميائية . تحتوي منتجات الأسمدة العضوية عادةً على بعض المواد العضوية، بالإضافة إلى إضافات مقبولة مثل مساحيق الصخور المغذية، وقشور المحار المطحونة ( سرطان البحر ، المحار ، إلخ)، ومنتجات أخرى مُجهزة مثل مسحوق البذور أو عشب البحر ، والكائنات الحية الدقيقة المُستزرعة ومشتقاتها. ^{[ 83 ]}

تشمل الأسمدة العضوية (التعريف الأول) مخلفات الحيوانات ، ومخلفات النباتات الزراعية، والأعشاب البحرية ، والسماد العضوي ، وحمأة الصرف الصحي المعالجة ( المواد الصلبة الحيوية ). وبالإضافة إلى السماد الحيواني، تشمل المصادر الحيوانية منتجات ذبح الحيوانات : مسحوق الدم ، ومسحوق العظام ، ومسحوق الريش ، والجلود ، والحوافر، والقرون ، وكلها مكونات نموذجية. ^{[ 43 ]} قد لا تكون المواد العضوية المتاحة للصناعة، مثل حمأة الصرف الصحي، مكونات مقبولة في الزراعة والبستنة العضوية ، وذلك لأسباب تتراوح بين الملوثات المتبقية ^{[ 84 ]} والتصور العام. ^{[ 85 ]} وبغض النظر عن التعريف أو التركيب، فإن معظم هذه المنتجات تحتوي على مغذيات أقل تركيزًا، كما يصعب قياسها كميًا. ^{[ 86 ]} ويمكن أن توفر هذه المنتجات فوائد في تحسين التربة، فضلاً عن كونها جذابة لمن يسعون إلى ممارسة الزراعة أو البستنة بطريقة طبيعية أكثر. ^{[ 87 ]}

يُعدّ الخث ، من حيث الحجم، أكثر مُحسّنات التربة العضوية المُعبأة استخدامًا . وهو شكل غير ناضج من الفحم يُحسّن تهوية التربة ورطوبتها ، وبالتالي النشاط البيولوجي للتربة، ولكنه لا يُضيف أي قيمة غذائية مباشرة للنباتات. لذا، فهو ليس سمادًا كما هو مُعرّف في بداية المقال، بل مُحسّن للتربة . ^{[ 88 ]} أما ألياف جوز الهند (المُستخرجة من قشور جوز الهند )، ولحاء الأشجار ، ونشارة الخشب، فتُستخدم بشكل أساسي كغطاء للتربة، حيث تحميها من الجفاف ^{[ 89 ]} وتمنع نمو الأعشاب الضارة ^{[ 90 ]} وتُحسّن بنية التربة ^{[ 91 ]} ، ولكنها لا تُضيف أي قيمة غذائية للتربة. بل إن بعض المُضافات العضوية قد يكون لها تأثير عكسي على العناصر الغذائية. فنشارة الخشب الطازجة قد تستهلك العناصر الغذائية من التربة أثناء تحلّلها، وتستعمرها فطريات تحلّل الخشب ، مما يُسبب نقصًا في النيتروجين (استنزاف النيتروجين) في حال عدم إضافة العناصر الغذائية. ^{[ 92 ]} ومع ذلك، يُمكن استخدام هذه الخاصية لاحتجاز النيتروجين المعدني الزائد. ^{[ 93 ]} قد تزيد هذه المُحسّنات العضوية لقوام التربة (وكذلك السماد العضوي، وما إلى ذلك) من توافر العناصر الغذائية من خلال تحسين قدرة التبادل الكاتيوني ، ^{[ 94 ]} أو من خلال زيادة نمو الكائنات الحية الدقيقة التي بدورها تزيد من توافر بعض العناصر الغذائية للنبات. ^{[ 95 ]} يمكن توزيع الأسمدة العضوية الحقيقية، مثل السماد العضوي والروث ، محليًا دون الحاجة إلى إنتاجها صناعيًا، مما يجعل قياس الاستهلاك الفعلي أكثر صعوبة.

يعتمد توقيت استخدام الأسمدة (سنقتصر هنا على الأسمدة المعدنية) على احتياجات المحصول، والظروف الجوية ، وفرص السوق . ويختلف هذا التوقيت في طبيعته وكميته تبعًا لنوع الزراعة (مثل الزراعة المكثفة مقابل الزراعة المستدامة ، والمراعي مقابل الأراضي الزراعية )، ووجود أو غياب علامات نقص العناصر الغذائية . ويُعدّ توقيت التسميد بما يتناسب مع ذروة احتياج المحصول للعناصر الغذائية أمرًا بالغ الأهمية لتحسين كلٍّ من المحصول وجودته. وبشكل عام، تكون معدلات امتصاص العناصر الغذائية في أعلى مستوياتها من بداية موسم النمو إلى منتصفه، ولذلك يكون التسميد قرب وقت البذر فعالًا للغاية. بالنسبة للحبوب المزروعة في الخريف (مثل القمح الشتوي )، يُرجّح أن يكون التسميد النيتروجيني في الخريف متبوعًا بالتسميد التكميلي في الربيع هو أفضل مزيج من ممارسات التسميد لتحسين المحصول. ^{[ 108 ]} ويُتجنّب استخدام الأسمدة المعدنية القابلة للذوبان (مثل نترات الأمونيوم ) أثناء هطول الأمطار الغزيرة لأن معظمها سيُفقد بالنسبة للمحصول ^{[ 109 ]} وسيؤدي إلى تلوث سريع للمياه الجوفية . ^{[ 110 ]} في الزراعة المحافظة (بما في ذلك الزراعة بدون حراثة ، والزراعة المستدامة ) وكذلك البدائل غير العضوية الأخرى للزراعة المكثفة (مثل الزراعة في الحيازات الصغيرة )، يتم تقليل استخدام الأسمدة المعدنية إلى الاحتياجات الصارمة للنباتات المزروعة، وأحيانًا يكون غير ضروري تمامًا. ^{[ 111 ]}

بعد حصاد المحصول الرئيسي (مثل القمح والذرة والبطاطس ) ، يمكن زراعة محصول ثانوي باستخدام أنواع نباتية سريعة النمو وذات احتياج عالٍ للنيتروجين (مثل الخردل الأبيض ). ^{[ 112 ]} يسمح هذا بامتصاص النيتروجين الزائد، وخاصة أيون النترات شديد الحركة ، وتحويله إلى بروتينات نباتية ^{[ 113 ]} قبل تلويث المياه الجوفية ، والعمليات الجيوكيميائية المصاحبة لها ، والتي تحدث بسرعة في غياب الغطاء النباتي. ^{[ 114 ]} يُدفن المحصول الثانوي بشكل أعمق، مما يسمح بتحويله إلى دبال يُثبّت فيه النيتروجين وفقًا لروابط كيميائية مستقرة متعددة . ^{[ 115 ]}

تُستخدم الأسمدة في المحاصيل على شكل مواد صلبة وسائلة. ويُستخدم حوالي 90% من الأسمدة على شكل مواد صلبة. ومن أكثر الأسمدة غير العضوية الصلبة استخدامًا اليوريا ، وفوسفات ثنائي الأمونيوم، وكلوريد البوتاسيوم . ^{[ 116 ]} عادةً ما تكون الأسمدة الصلبة حبيبية أو مسحوقة. وغالبًا ما تتوفر على شكل حبيبات كروية صلبة. أما الأسمدة السائلة فتتكون من محاليل مائية للأمونيا ، أو محاليل مائية لنترات الأمونيوم ، أو اليوريا . ويمكن تخفيف هذه المنتجات المركزة بالماء لتكوين سماد سائل مركز (مثل محلول اليوريا والأمونيا والنترات ). ومن مزايا الأسمدة السائلة سرعة تأثيرها وسهولة استخدامها. ^{[ 43 ]} وتُسمى إضافة السماد إلى مياه الري بالتسميد المائي . ^{[ 82 ]} وتُعد الأسمدة الحبيبية أكثر اقتصادية في الشحن والتخزين، فضلاً عن سهولة استخدامها. ^{[ 117 ] [ 118 ]}

الأسمدة بطيئة الإطلاق ( CRF ) هي أسمدة حبيبية تُطلق العناصر الغذائية تدريجيًا في التربة (أي بفترة إطلاق مُتحكم بها ). ^{[ 119 ]} تُعرف الأسمدة بطيئة الإطلاق أيضًا باسم أسمدة التوافر المُتحكم به ، أو أسمدة الإطلاق المُؤجل ، أو أسمدة الإطلاق المُقاس ، أو الأسمدة بطيئة المفعول . عادةً ما تُشير الأسمدة بطيئة الإطلاق وبطيئة الإطلاق إلى الأسمدة النيتروجينية، مثل اليوريا ، التي تحتاج إلى التحلل بواسطة مجموعة واسعة من الكائنات الحية الدقيقة في التربة قبل أن يتم تحرير النيتروجين على شكل نترات. ^{[ 120 ]} تُقدم الأسمدة بطيئة الإطلاق (SRF) والأسمدة بطيئة الإطلاق (CRF) فوائد عديدة مقارنةً بالأسمدة التقليدية، مما يضمن استدامة ممارسات التسميد. ^{[ 121 ] [ 122 ]}

تُطبَّق الأسمدة الورقية مباشرةً على أوراق النباتات، مما يُقلل من كمية الأسمدة المُستخدمة ويُحسِّن كفاءة التسميد. ^{[ 123 ]} تُستخدم هذه الطريقة بشكلٍ شبه دائم مع الأسمدة النيتروجينية النقية القابلة للذوبان في الماء، وخاصةً مع المحاصيل ذات القيمة العالية كالفواكه. يُعد اليوريا أكثر الأسمدة الورقية شيوعًا. ^{[ 43 ]} مع ذلك، يُنصح بتخليب العناصر الغذائية المُطبَّقة ورقيًا لتحسين امتصاصها وانتقالها، وبالتالي تجنب فقدانها في التربة والمياه الجوفية. ^{[ 123 ]}

تُستخدم مواد كيميائية متنوعة لتعزيز كفاءة الأسمدة النيتروجينية. وبهذه الطريقة، يستطيع المزارعون الحد من الآثار الملوثة لجريان النيتروجين . تعمل مثبطات النترجة (المعروفة أيضًا بمثبتات النيتروجين) على تثبيط تحويل الأمونيا إلى نترات ، وهو أيون سالب أكثر عرضة للتسرب. ومن بين هذه المثبطات الشائعة: 1-كاربامويل-3-ميثيل بيرازول (CMP)، وثنائي سياناميد ، ونيترابيرين (2-كلورو-6-ترايكلوروميثيل بيريدين)، وفوسفات 3،4-ثنائي ميثيل بيرازول (DMPP). ^{[ 124 ]} تُستخدم مثبطات اليورياز لإبطاء عملية التحلل المائي لليوريا إلى أمونيا التي تحفزها إنزيمات اليورياز ، نظرًا لأن الأمونيا عرضة للتبخر ^{[ 125 ]} وكذلك النترجة. ^{[ 126 ]} ومن مثبطات اليورياز الشائعة: N- ( ن- بوتيل)ثيوفوسفوريك تراياميد ( NBPT ).

يُعدّ الاستخدام الدقيق لتقنيات التسميد أمرًا بالغ الأهمية، لأنّ الإفراط في استخدام العناصر الغذائية قد يُلحق الضرر بالنبات المزروع. ^{[ 127 ]} قد يحدث احتراق النبات عند استخدام كميات كبيرة من السماد، مما يؤدي إلى تلفه أو حتى موته. وتختلف الأسمدة في ميلها للاحتراق تقريبًا وفقًا لمؤشر ملوحتها . ^{[ 128 ] [ 129 ]}

يمكن أن تؤثر الأسمدة الفوسفورية والنيتروجينية على التربة والمياه السطحية والجوفية ^{[ 100 ]} نتيجةً لتشتت المعادن في المجاري المائية أثناء هطول الأمطار الغزيرة، ^{[ 142 ] [ 143 ]} وذوبان الثلوج، وقد تتسرب إلى المياه الجوفية بمرور الوقت. ^{[ 144 ]} يُعدّ جريان المياه الزراعية مساهمًا رئيسيًا في ظاهرة التخثث في المسطحات المائية العذبة . فعلى سبيل المثال، في الولايات المتحدة ، كان حوالي نصف البحيرات التي شملها مسح وكالة حماية البيئة الأمريكية (US EPA) تعاني من التخثث في عام 2007، مع زيادة مقلقة أخرى إلى 80% في عام 2012. ^{[ 145 ]} يُعدّ الفوسفات المساهم الرئيسي في التخثث ، وهو عنصر غذائي مُحدد عادةً، إلى جانب النيتروجين؛ إذ تُعزز التركيزات العالية من الفوسفور نمو البكتيريا الزرقاء والطحالب ، التي يؤدي موتها إلى استهلاك الأكسجين. ^{[ 146 ]} يمكن أن تُنتج تكاثرات البكتيريا الزرقاء (أو ما يُعرف بـ" ازدهار الطحالب ") سمومًا ضارة تتراكم في السلسلة الغذائية ، وقد تُشكل خطرًا على صحة الإنسان. ^{[ 147 ] [ 148 ]} يمكن الحد من جريان الأسمدة باستخدام استراتيجيات تسميد مُحسّنة تتناسب مع الظروف المناخية. ^{[ 142 ]}

تُعدّ المركبات الغنية بالنيتروجين الموجودة في مياه الصرف الناتجة عن الأسمدة السبب الرئيسي لنقص الأكسجين الحاد في أجزاء كثيرة من المحيطات ، لا سيما في المناطق الساحلية والبحيرات والأنهار . ^{[ 149 ]} ويؤدي النقص الناتج في الأكسجين المذاب إلى تقليل قدرة هذه المناطق على استدامة الحياة البحرية بشكل كبير . ^{[ 150 ]} ويتزايد عدد المناطق الميتة في المحيطات بالقرب من السواحل المأهولة. ^{[ 151 ]}

اعتبارًا من عام 2006، بات استخدام الأسمدة النيتروجينية يخضع لرقابة متزايدة في شمال غرب أوروبا ^{[ 152 ]} والولايات المتحدة. ^{[ 153 ] [ 154 ]} وفي الحالات التي يمكن فيها عكس ظاهرة التخثث ، قد يستغرق الأمر عقودًا ^{[ 155 ]} ويتطلب إدارة مكثفة للتربة ^{[ 156 ]} قبل أن تتحلل النترات المتراكمة في المياه الجوفية بفعل عملية نزع النتروجين الطبيعية . ^{[ 157 ]}

يشمل نوعان من ممارسات الإدارة الزراعية الزراعة العضوية والزراعة التقليدية . تشجع الزراعة العضوية على خصوبة التربة باستخدام الموارد المحلية لزيادة الكفاءة إلى أقصى حد، وتتجنب استخدام المواد الكيميائية الزراعية الاصطناعية. أما الزراعة التقليدية فتستخدم جميع المكونات التي لا تستخدمها الزراعة العضوية. ^{[ 225 ]}

قد يؤدي الإفراط في استخدام المُحسّنات العضوية (مثل روث الخنازير ) إلى آثار ضارة على جودة المياه من خلال تلوث طبقة المياه الجوفية وما يتبعه من تخثّر في المسطحات المائية التي تغذيها. ^{[ 226 ]} ويُعدّ هذا مصدر قلق مجتمعي في المناطق التي تتعارض فيها تربية الخنازير مع حماية البيئة . ^{[ 227 ]}

تُصنع معظم الأسمدة الاصطناعية من الوقود الأحفوري ، باستخدام الطاقة الأحفورية والميثان لإنتاج الهيدروجين المستخدم في تصنيع الأمونيا بعملية هابر ، بالإضافة إلى تفاعلات كيميائية مختلفة تُستخدم في تصنيع معظم الأسمدة (مثل اليوريا ، ونترات الأمونيوم ، والسوبر فوسفات ). ^{[ 228 ]} وقد اقتُرحت بعض البدائل لإنتاج الهيدروجين، مثل الطاقة الشمسية ، ^{[ 229 ]} ومعالجة النفايات، ^{[ 230 ]} أو التحليل الكهربائي . ^{[ 231 ]}

تُقدّر كمية غازات الدفيئة، ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز ، الناتجة أثناء تصنيع واستخدام الأسمدة النيتروجينية بنحو 5% من إجمالي انبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ . يُنتج ثلث هذه الكمية أثناء عملية التصنيع، بينما يُنتج الثلثان الآخران أثناء استخدام الأسمدة. ^{[ 232 ]} تُحوّل بكتيريا التربة النترات إلى أكسيد النيتروز ، وهو أحد غازات الدفيئة . ^{[ 233 ]} وقُدّرت انبعاثات أكسيد النيتروز الناتجة عن الأنشطة البشرية، ومعظمها من الأسمدة، بين عامي 2007 و2016 بنحو 700 مليون طن من مكافئ _{ثاني أكسيد} الكربون . ^{[ 234 ]}

استُخدمت الأسمدة النيتروجينية بمعدل 110 ملايين طن (من النيتروجين) سنويًا في عام 2012. ^{[ 235 ] [ 236 ]} يُعدّ أكسيد النيتروز (N₂O ₎ ثالث أهم غازات الدفيئة بعد ثاني أكسيد الكربون والميثان ، إذ يفوق تأثيره على الاحتباس الحراري تأثير ثاني أكسيد الكربون بـ 296 ضعفًا لكل طن . وقد ساهمت انبعاثات عام 2025 بما يعادل 700 ميغا طن من ثاني أكسيد _{الكربون} في الغلاف الجوي. ^{[ 237 ]} كما يُساهم في استنفاد طبقة الأوزون في الستراتوسفير . ^{[ 238 ]} ويمكن الحدّ من هذه الانبعاثات عن طريق تغيير العمليات والإجراءات. ^{[ 239 ]}

تزداد انبعاثات غاز الميثان من الحقول الزراعية (وخاصة حقول الأرز ) نتيجة استخدام الأسمدة القائمة على الأمونيوم. وتساهم هذه الانبعاثات في تغير المناخ العالمي، إذ يُعد الميثان من غازات الدفيئة القوية. ^{[ 240 ] [ 241 ]}

في أوروبا، تُعالج مشكلة ارتفاع تركيزات النترات في مياه الجريان السطحي من خلال توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن النترات. ^{[ 242 ]} وفي بريطانيا ، يُشجع المزارعون على إدارة أراضيهم بشكل أكثر استدامة من خلال " الزراعة الحساسة للمستجمعات المائية ". ^{[ 243 ]} أما في الولايات المتحدة ، فتُصنف التركيزات العالية من النترات والفوسفور في مياه الجريان السطحي ومياه الصرف على أنها ملوثات غير محددة المصدر نظرًا لأصلها المنتشر؛ ويخضع هذا التلوث للتنظيم على مستوى الولايات. ^{[ 244 ]} ولدى ولايتي أوريغون وواشنطن ، في الولايات المتحدة ، برامج لتسجيل الأسمدة مع قواعد بيانات إلكترونية تتضمن تحليلات كيميائية للأسمدة. ^{[ 245 ] [ 246 ]} ويؤثر تداول انبعاثات الكربون والتعريفات البيئية على إنتاج الأسمدة وأسعارها. ^{[ 247 ]}

في الصين ، تم تطبيق لوائح للتحكم في استخدام الأسمدة النيتروجينية في الزراعة. في عام ٢٠٠٨، بدأت الحكومة الصينية بسحب الدعم الحكومي للأسمدة جزئيًا ، بما في ذلك دعم نقل الأسمدة واستخدام الكهرباء والغاز الطبيعي في القطاع الزراعي. ونتيجة لذلك، ارتفع سعر الأسمدة، وبدأت المزارع الكبيرة في استخدام كميات أقل منها. إذا استمرت هذه المزارع في خفض اعتمادها على دعم الأسمدة، فلن يكون أمامها خيار سوى ترشيد استخدام الأسمدة المتاحة، مما سيؤدي بالتالي إلى زيادة كل من إنتاجية الحبوب والأرباح. ^{[ ٢٤٨ ]}

في مارس 2022، أعلنت وزارة الزراعة الأمريكية عن منحة جديدة بقيمة 250 مليون دولار أمريكي لدعم إنتاج الأسمدة الأمريكية. ويُعد هذا البرنامج، الذي يُقدمه صندوق ائتمان السلع ، داعماً لإنتاج الأسمدة بشكل مستقل عن موردي الأسمدة الرئيسيين، وباستخدام تقنيات إنتاج مبتكرة لتعزيز القدرة التنافسية في المستقبل. ^{[ 249 ]}

في الاتحاد الأوروبي، أبرزت الحرب الروسية الأوكرانية وما تلاها من ارتفاع حاد في أسعار الطاقة والأسمدة المعدنية الحاجة إلى مزيد من الاستقلالية والكفاءة في إنتاج الأسمدة واستخدامها. وقد مكّن الإطار المعدّل للأزمات المؤقتة والانتقالية للمساعدات الحكومية ^{[ 250 ]} دول الاتحاد الأوروبي من تقديم دعم خاص للمزارعين ومنتجي الأسمدة. كما يمكن استخدام الأموال المتأتية من تدابير مثل تحديد سقف لإيرادات السوق لبعض مولدات الكهرباء ومساهمة التضامن، وفقًا للشروط المعمول بها، لأغراض برامج الدعم الوطنية. ^{[ 251 ]}