生命营养营养成为致命的污染物

本文首次发布奴隶子。

沿海死区，全球变暖，过多的藻类绽放，酸雨，海洋酸化，烟雾，饮用水质量受损，扩大臭氧孔和生物多样性损失。看似不同的问题，但一个共同点连接它们：人类如何破坏单一的化学元素，氮，与环境的相互作用。

氮对于生命来说绝对至关重要 - DNA，蛋白质和基本上所有的生活组织不可或缺的成分 - 但它也可以扼杀水生生态系统的生命，当它在错误的地方出现超额时摧毁树木和患病的人。错误的时间，以错误的形式。在过去的世纪中，人们已经发布了这么多这种类型的氮- 被称为反应性氮 - 科学家说我们已经通过了极限行星安全地处理的内容。

在农场领域发生了什么可以显示为藻类上游和海上数英里。

通过过度和低效的肥料使用，农业相关的氮气排放和营养废水以及化石燃料和生物量燃烧，释放如此多的氮气的结果 - 这是这种不利的环境影响。这些影响在全球范围内发生，并通过温暖的温度加剧。虽然氮问题远远较小，但我们甚至超过碳的天然存在的氮气平衡。

虽然许多事情有助于问题 - 包括能源使用，城市径流和污水 - 农业是最大的环保氮源来源。根据研究这个问题的科学家，在食品供应链的某些时候，约有80％的农业（主要是合成的和其他肥料，如粪肥）损失了环境。这些损失发生在农场和食品生产，销售，分配，准备和消费中。或者，作为弗吉尼亚州环境科学教授Jim Galloway的大学，损失“一直从田野和裸机到污水植物。”

据Jan Willem Erisman，阿姆斯特丹大学综合氮学研究教授和首席执行官统一的一大部分问题Louis Bolk学院在荷兰，“人们不将其连接到食品和食品生产”。

In fact, in the U.S., European Union, Japan and likely China and elsewhere, food accounts for more than 75 percent of the average person’s nitrogen footprint (individual contribution to nitrogen pollution), according to University of New Hampshire natural resources and environmental studies Ph.D. candidate Allison Leach, who is among the scientists working on the氮足迹是一个旨在提高对问题的认识的项目。

事实证明，肉类和其他顶级的食物链 - 食物产品 - 在他们自己成为食物之前消耗最多的资源 - 是最大的罪魁祸首是在可能损害的形式中促成过量的氮气环境。

在农场场地上发生了什么，可以在下游很多英里显示出藻类。这种氮污染是对有害藻类绽放的负责恐慌切萨皮克湾， 这五大湖和墨西哥湾;去年的饮用水危机托莱多;而对于“蓝色婴儿综合症，”一种潜在的致命氧气耗尽障碍，伤害了世界各地的婴儿 - 其他效果。

Erisman解释说，让人们意识到这些联系的一部分难以让人们意识到这些联系的困难是他们经常被展现为“遥远的地方的中断”。例如，农场领域的会发生什么，例如，在下游和近海的藻类，或出现在地下水这将水与居民提供良好的水，而不会与污染源的直接连接。用食物选择连接水污染或空气污染甚至更加伸展。

但在解开芝士汉堡的原因之前，芝士汉堡比米饭和豆类扩大氮素足迹，有助于了解我们现在到达的地方 - 具有过多的氮气创造危险的河流藻类绽放，鱼类杀死死区，不安全的饮用水全球城市烟雾的不健康水平 - 以及氮气在环境中的作用。

首先，重要的是要知道构成地球大气层的大部分大部分的氮的类型并不反应，而是惰性。对于植物和其他生物使用的氮气，必须将其转化为所谓的“固定”或反应性。这种情况发生的主要方式是通过生活在土壤和植物根系中的微生物，并将惰性氮转化为氨，一种可用于 - 并且是植物生长至关重要的反应性形式。

虽然植物需要这种反应性氮来茁壮成长，但如果过量的量进入环境，则它们有助于套件不利影响。氨并不是反应性氮的唯一形式;其他 -笑气那氮氧化物那硝酸盐和亚硝酸盐（PDF）- 也可以成为严重的空气和水污染物，促使呼吸，心血管和其他疾病。理解这个问题的关键 - 及其解决方案 - 这是这种过载没有自己发生。

没有人为干预某种，世界自然地发生对植物生长至关重要的反应性氮。因此，到20世纪初，显而易见的是，这种形式的氮气可用于产生充分喂养人口的食物量。

这个问题已经解决了本发明合成肥料的用氮气供应氮气的“固定”形式。农业生产力飙升。但使用这些肥料一直都不是很有效的，导致大量活性氮的进入环境释放。根据加洛韦，浸出和同事，制备了如此多的人为反应性氮，到2010年，人类活动至少与自然系统产生的至少五倍。

这些版本，科学家发现了，可以持续数十年。Not only is the nitrous oxide that comes off fertilized fields a potent greenhouse gas, but a new study of fertilizer use in the U.S. Midwest shows that excess nitrogen can accumulate in soil and result in decades-long pollution of surface and groundwater — including drinking water wells — with unsafe levels of nitrates that can lead, for example, to blue-baby syndrome.

即使今天停止了肥料，氮污染也会持续多年来，写作研究联合作者Nandita Basu，Waterloo大学地球和环境科学教授和环境科学教授Nandita Basu。

与此同时，由于20世纪初飙升的农业生产力，更大量的化石燃料被烧毁，释放了更具反应性的氮气进入大气层。城市化和不断增长的人口也增加了这种负担，但大约四分之三的这种反应性氮来自农业。并赋予对肉类和乳制品的需求增加，我们现在的大量增加 - 来自大约世界上三分之一的耕地根据联合国的粮食和农业组织的说法 - 最终成为牲畜饲料。

肉的大氮脚印

“肉类或植物的选择非常重要，”Erisman说。“植物的营养利用效率远高于肉。”加上，生产肉，你必须先生长粮食或其他饲料 - 无论动物吃什么植物产品。结果，更多次数氮的量参与生产肉而不是植物的食物。这意味着让冰箱用肉类发挥着重要作用，在促进全球反应性氮负担方面发挥着重要作用。

“我们正在成长肉，”马里兰大学环境科学中心教授汤姆渔业说角点实验室。“Much of the agriculture on the Delmarva Peninsula, where I am, is growing grain for the poultry industry. … People have chosen to eat meat, and they’ve created a market for chickens, and the poultry industry created a market for grain."

冰箱用肉类发挥着重要作用，促进了全球反应性氮负担。

它需要更多的饲料来生产牛肉和猪肉而不是鸡肉。确切的数字因资源使用方式而异，而是根据erisman和其他研究人员它通常需要约13磅的反应性氮以产生约2磅的牛肉，近7磅的猪肉和约5.5磅的氮，占2磅鸡。Erisman还指出，由于不平衡的食物选择，世界上约有20％的人口消耗了约80％的肥料。

“When it comes to food choices, frequency and portion size of animal foods and the mix of animal products can have a big effect on the end [nitrogen] footprint," said Eric Davidson, professor and director of the Appalachian Laboratory at University of Maryland’s Center for Environmental Science.

看看N-Print项目的氮脚印计算器这个良好的说明了。根据其图，食物的平均美国氮足迹 - 估计该食品生命周期中涉及的所有氮，每年生产的氮气每年为61磅。每周只吃两鸡蛋的素食主义者并限制乳制品 - 包括奶酪 - 每周不超过15个一杯服务，减少了24磅的负荷。对于非素食者，如果肉类消费仅限于每周四次吃家禽（没有牛肉或猪肉）（基于7盎司的服务），即使没有其他变化，氮足迹也会降低约三分之一。average" U.S. eating patterns (eating five eggs and 26 servings of dairy and cheese a week).

虽然饲养牲畜和家禽具有特别大的氮占状空间，但在加工食物时，另一个载荷来临。“食物加工步骤中有很多浪费，”Erisman解释说，和浪费的食物意味着缺乏损失因为食物没有被消耗。仍然更多的氮最终通过零售食物垃圾和消费者来损失环境。鉴于这一点生产的食物中的三分之一全球每年浪费或丢失，这是显着的，因为更换食物意味着使用和释放更具活性氮。一最近的估计由于全球消费食品垃圾每年290万吨，将缺氧量减少到环境中。

因此，随着养殖效率的增加，减少化石燃料使用和遏制城市径流，更换食物选择和减少食物垃圾可以有助于降低全球反应性氮负担。

离开农场

仍然是“氮污染的单一最大来源”是来自农田，“美国农业部的自然资源保护服务部能源和环境市场领导者说。当合成肥料或粪肥应用于农业土壤但没有完全由植物充分占用时，它将通过挥发或洗涤田地，他解释说：当它蒸发时，该氮通常作为氧化亚氮的含量进入大气，富含氧化物温室气体;当施用更多肥料时，植物可以使用，雨水和灌溉水耗尽过量的氮气。

某些农业做法和方法加剧了这一径流，称威斯康星州技术学院和丈夫瑞克阿达曼基的可持续农业瓦莱蒂·丹丁·瓦莱迪她解释说，当田地过度耕种耕地时，将氮气摧毁了氮气的土壤微生物。“解决方案是覆盖作物的常年根源和叶子”以及建立土壤的有机物，她说，“鼓励土壤的微生物生命”。这导致对植物的缓慢释放，这比容易被洗掉的合成肥料更有效和高效。

高效的氮气使用 - 有时被称为“精密农业”的关键 - 减少了氧化亚氮排放，还原，以及径流，最终到了切萨皮克湾，大湖泊和墨西哥湾等地方。肥料应用的时间也是减少径流的关键。房间解释说，暴雨在这方面发挥着重要作用。如果它“下雨了2英寸，植物不准备占用氮气，你可以在排放中获得一个巨大的尖峰。”他说，即使是两个这样的事件也会产生差异，促使氮的大径流 - 其中一些也蒸发。

“在我们地区，我们的70％的农业径流发生在今年17天内，”丹托顿说 - 在大春雨期间，这通常发生在一年中的一年或正是在种植年度作物的时候，植物尚未充分利用氮。雨水也在秋天，当作物不再使用氮气时。为了纠正问题，她说，“我们所要做的就是修复那些17天。”这将意味着在精确的时间施用肥料可以充分利用它，并避免在土壤中过量挥之不去，以便在那些大雨中冲洗 - 不适用于任何比植物都可以使用。

氮污染的单一最大来源是来自农田。

一些农民，如Dantoin和这些费舍尔正在马里兰州与分水岭级别实验的一部分，以减少Chesapeake湾的营养径流，正在种植覆盖作物并建立吸水的排水系统，而不是让它在土地上脱离土地。其他人正在使用旨在帮助植物更有效地吸收氮肥的产品。

这些包括产品以稳定或抑制环境的缺失的方式与肥料合作，Greg Schwab，农学家总监Greg Schwab解释说Koch农艺服务，一家公司在这个市场。“它帮助农民更有效地使用肥料，”他说 - 效率最终可以改善作物产量。戴维森和其他人有效地使用肥料并在合适的时间施加适当的金额，因为这种做法消除了经济和环保的浪费和帮助作物。

现在有这么多这样的氮效产品，环保基金推出了一个呼吁的计划营养季节帮助农民比较氮管理工具。选择正确是重要的，因为“氮气难以管理”，这是一家公司首席执行官的首席执行官Steve Sibulkin说适应-N.这使得氮气数据管理工具。“很多事情会影响氮的行为：农作物，土壤类型，天气，”他说，这是一个农场的工作 - 甚至是一个农场上的特定领域 - 在其他地方可能无法正常工作。

大规模的氮素减少仍在作品中

虽然在美国的许多氮污染物上存在可强制性限制 - 包括在清洁空气行为下，清洁水法下 - 减少氮释放的努力目前没有包括综合减少的特定目标。

美国和欧洲的然而，从化石燃料燃烧中减少氧化二氮排放的努力显着有效。这些措施包括要求技术减少工业技术的法规烟囱排放量和清洁发动机。他们还包括政府和公司的温室气体排放减少政策 - 一些强制性，一些自愿 - 也减少有害氮释放。随着农业对氮气空气污染物的贡献的越来越高的认可，政策也开始关注这些，而是​​在美国的具体措施取决于农场规模和地点。

荷兰和丹麦的政策有效地推动农民实施措施减少粪便的排放 - 通过农业废物遏制和肥料应用技术 - 在荷兰的70％中成功地减少了氨的释放，丹麦40％，有助于大大减少40％减少总反应性氮释放。虽然美国农业和环境保护局中的任何比较都没有任何比较 - 以及包括加利福尼亚州，包括加利福尼亚州的一些个别国家 - 有助于帮助各国和农民减少氮气排放和径流。但是，现在，这些努力尚未采取可能被描述为整个农业和食品生产氮释放的整体方法。

“丹麦和荷兰领先于其他人在采取措施上采取氮气，”德国，奥地利，法国和意大利开始遵循这个例子。公众对问题的看法，他说，仍然很低。

“我们在两端都需要解决方案” - 在农场规模上，但也在消费者的终端上 - 说谎。“这对所有利益相关者谈论这是非常重要的，而不仅仅是生产者，也是消费者，”加洛韦说。但一种方式或另一方面，问题“是由人类引起的，因为浪费的食物和处置，”渔民说。提高对此问题的认识是抓住氮素足迹的重要一步。也许是想到的，下次你考虑蔬菜与牛肉汉堡相反。