질소는 작물 생산에 가장 필수적인 영양소이지만 규제하기 가장 어려운 영양소 중 하나입니다. 이 화합물은 전 세계 농업 생산에 필수적입니다. 그러나 비료의 과도한 질소는 환경으로 침출되어 해로운 영향을 미칩니다.
이번 글에서는 다음과 같은 내용을 다루겠습니다. 농업에서 질소의 중요성과 특정 작물에 공기 중의 질소를 공급하는 방법.
식물 성장에 있어 질소의 중요성은 무엇입니까?
질소는 세포 구성을 담당하는 단백질을 생성하고 DNA의 기본 구성 요소 중 하나를 구성하는 아미노산을 합성하는 데 사용되기 때문에 식물과 인간 모두에게 중요한 역할을 합니다. 게다가, 질소는 엽록소의 주성분이므로 식물의 성장에 꼭 필요하며, 식물이 햇빛 에너지를 활용하여 물과 이산화탄소를 당으로 전환할 수 있게 하는 화합물입니다.
질소 순환은 질소가 대기에서 땅으로 이동하고, 토양을 통과하고, 최종적으로 대기로 되돌아가는 일련의 과정을 기반으로 합니다.
이 과정은 질소의 생물학적 고정으로 시작됩니다. 콩과 식물의 뿌리혹에 서식하는 질소고정세균이 유기물을 암모니아로 변화시키는 현상, 이후 질산염으로 전환됩니다. 식물은 토양에서 질산염을 흡수하여 성장에 필요한 질소로 대사할 수 있으며, 탈질 박테리아는 과잉 질산염을 무기 질소로 전환하는 것을 촉진하여 이후 대기로 방출됩니다.
과도한 질산염 또는 침출(필수 영양소가 비나 관개로 용해되는 경우)을 통해 손실된 질산염은 지하수원에 침투하여 오염시킬 가능성이 있습니다.
질소비료의 역할은 무엇인가요?
수천 년 동안 인류는 질소에 거의 관심을 두지 않았습니다. 그러나 20세기 초, 집약적인 농업 관행이 토양의 질산염 수준을 고갈시키고 있다는 것이 분명해졌습니다., 이는 세계 인구 증가와 식량 위기의 임박한 위협에 대한 우려로 이어집니다.
산업화 이후에는 합성질소비료의 도입이 농업생산력을 높이는 데 결정적인 역할을 했다. 1960년대 후반부터 전 세계 농업 생산량이 크게 증가한 녹색 혁명. 이 기간 동안 멕시코와 인도, 파키스탄 국가들은 기근에 직면했음에도 불구하고 밀 생산에서 자급자족을 달성했습니다.
현대의 집약적 농업 관행에서 합성 질소 비료의 중요성은 눈에 띄게 커졌습니다. 현재, 이 상품의 전 세계 생산량은 연간 100억 미터톤을 초과합니다., 유엔식량농업기구(FAO)의 전망에 따르면 특히 아프리카와 남아시아와 같은 지역에서 수요가 꾸준히 증가할 것으로 예상됩니다.
장기적으로 실행 가능한가?
전 세계적으로 수요가 증가함에 따라 질소 관리의 과제는 과잉 질소 방출을 줄이면서 전 세계 식량 안보 요구를 충족하기에 충분한 질소를 공급하는 것입니다. 이산화탄소보다 환경에 300배 더 해롭다.
특정 지역에서는 질소 결핍이 식량 및 영양 안보 달성을 방해합니다. 대조적으로, 다른 지역에서는 농업에 사용되는 질소 비료의 거의 50%가 환경으로 빠져나가 다음과 같은 부작용을 초래합니다. 환경 위험 증가, 돌이킬 수 없는 토지 황폐화 및 수자원 오염.
이 문제는 작물 바이오매스(주로 경제적 수확량) 또는 질소 함량/흡수(수율)와 비료 또는 합성을 통해 적용된 질소 간의 비교가 필요한 다각적인 계산을 기반으로 하는 질소 사용 효율성을 개선함으로써 해결될 수 있습니다. 비료. 이러한 관계를 최적화함으로써 작물 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 세심한 농경학적 관리를 통해 환경 손실도 감소되어 장기적인 토양 질 개선에 기여합니다.
현재 세계 평균 질소 이용효율은 50%를 초과하지 않으며, 이는 67년 전 세계 식량 수요를 충족하는 데 필요한 것으로 추정되는 2050%보다 훨씬 낮습니다., 과잉 질소가 공기 및 수질에 대해 허용 가능한 임계값 내에 유지되도록 보장합니다.
질소 관리를 위한 첨단 기술 솔루션이 등장하고 있지만 농부들은 비료 적용, 서방성 질소 비료 사용, 정밀 질소 도포 도구 사용 (예: Green Seeker) 또는 미세 관개를 통한 관개를 구현합니다.
최적의 기술
효율적인 질소 관리를 목표로 하는 기술 개발에 상당한 진전이 있었고, 이는 적절한 농경법과 결합하여 작물 수확량을 향상시킬 수 있는 잠재력을 보여주었습니다. 이 접근법은 질소 사용 효율성을 향상시키고 작물의 질소 과잉을 최소화합니다.
연구원들은 다음을 조사하고 있습니다. 식물이 토양의 질소 순환에 영향을 미치는 물질을 방출하는 메커니즘인 질산화에 대한 생물학적 억제의 장점. 특정 풀과 밀의 야생 친척에서 관찰되는 이 자연 현상은 질소 배출을 크게 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.
2007년에 연구자들은 밀의 친척에서 생물학적 질산화 특성을 확인했으며, 2018년에는 이러한 특성을 다양한 중국 봄밀에 성공적으로 전달했습니다. 예비 결과에서는 생산성이 낮고 아직 개발 초기 단계에 있지만 과학자들은 미래에 상업용 밀 품종에 이 공정을 적용할 수 있는지 평가하는 데 관심이 있습니다. 성공할 경우 이 기술은 글로벌 질소 사용 효율성 목표 달성에 큰 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.