Hiljuti oli aega osaleda veel mõnel EdX/Coursera pakutaval kursusel ja ma jagaksin siin üht, mis puudutas lämmastikku: "Nitrogen: A Global Challenge". See on Edinburgi Ülikooli keskkonnakaitset puudutav kursus ja annab selgust kõigest, mis lämmastikuga seotud: nitraatidest, nitrititest,N oksiididest-dioksiididest, ammoniaagist jne.
Kursuse lektoriks oli professor Dave Reay, PhD Hannah Ritchie (Our World of Data) poolt oli hulgaliselt asjassepuutuvat statistlist materjali.
EdX kursuste puhul on ka mõned muudatused sellest ajast, kui viimati osalesin: jätkuvalt saab loenguid kuulata, materjale kasutada/alla laadida/salvestada tasuta, kuid sinu kursusematerjal EdX lehel on kättesaadav ainult loetud nädalad peale kursuse lõpetamist. Piiramatu kasutusaja saamiseks on vaja kursuse läbimist tõendav diplom (selle kursuse puhul 50 eur) välja osta. Seekord ma diplomi eest ei tasunud, materjali salvestasin omale loengute käigus.
Allpool väike ülevaade ja kokkuvõte sellest, mida üksikisik saab oma Lämmastiku jalajälje vähendamiseks teha...
Lämmastik on
keemiline element. Kuigi esmapilgul igav, on see üks levinumaid elemente – 78% õhust, mida me praegu sisse hingame,
koosneb lämmastikust. Lämmastik on üks enim alahinnatud elemente.
Kõige laiem kasutusala on siiski reaktiivses vormis leiduvale lämmastikule.
Tegelikult on reaktiivne lämmastik loomse ja taimse materjali oluline
ehitusmaterjal. Elu eksisteerib siin lämmastikualuste kujul, mis moodustavad
DNA ja RNA nukleiinhapped. Ilma reaktiivse lämmastikuta ei eksisteeriks
elusorganisme.
Reaktiivsel lämmastikul on palju rakendusi ka peale rolli DNA-s. Reaktiivset vormi tuntakse
dilämmastikoksiidina (N2O)
või mõnikord ka "naerugaasina"
selle sissehingamisel tekkivate eufooriliste mõjude tõttu. Dilämmastikoksiidil
on meditsiinis oluline kasutusala, kuna see toimib anesteetikumina või
valuvaigistina kirurgiliste või hambaraviprotseduuride ajal. Seda kasutatakse
ka sisepõlemismootorites, suurendades lennukimootorite, võidusõiduautode ja
raketikütuse võimsust. Selle plahvatusohtlikkus on ilutulestiku loomisel
ülioluline.
Peamised toidukultuurid, nagu nisu,
riis ja mais, on tegelikult väga lämmastikunäljased ja iga järjestikuse
saagikoristuse korral eemaldatakse osa mullas olevast lämmastikust. Kui seda piisavalt
kaua nii tehakse, hakkavad põllukultuurid kannatama, nende kasv aeglustub ja
saak väheneb järk-järgult.
Jäätmed, nagu põhk, sisaldavad
suhteliselt väikeses koguses lämmastikku ja võib kuluda mitu kuud, enne kui
need lagunevad piisavalt, et pakkuda endas sisalduvat lämmastikku. Sõnnik võib olla lämmastikurikkam, kuid
moodustab siiski vaid väikese osa sellest, mis oli algselt koristatud saagis.
Selleks, et põld saaks lõpmatuseni head saaki anda, on vaja uut
lämmastikuallikat ja just siin tuleb tsüanobaktereid jäljendav keemiline
maagia, mis on ubade ja nende suurema perekonna – kaunviljade – päralt.
Inimkond on alati sõltunud
lämmastikust, kuid maailma rahvastiku
kiire kasv 19. ja 20. sajandil nõudis juurdepääsu reaktiivsele lämmastikule
koguses, mida looduslike varude suurus lihtsalt ei toetanud. Kui peaksime
jätkuvalt toetama kasvavat elanikkonda, vajame oma põllukultuuride väetamiseks
ja saagikuse suurendamiseks uut viisi reaktiivse lämmastiku loomiseks.
Reaktiivne lämmastik on hädavajalik, kuid sellel on ka mitmeid puudusi. Need
negatiivsed mõjud ilmnevad tavaliselt siis, kui meil on liiga palju lämmastikku vales kohas või liiga vähe õiges kohas. Seda
illustreerib kõige täiuslikumalt allpool olev nn "koera pissihalo"
(st koer on siia pissinud).
Keskel on lämmastiku kontsentratsioon
liiga kõrge ja eluks sobimatu, hävitades tõhusalt seal varem kasvanud muru.
Just väljaspool seda "surmatsooni" on kõige magusam koht: see on
koht, kus reaktiivse lämmastiku kontsentratsioon on kõige optimaalsem. Nagu
näete, vohab siin muru. Sealt edasi on reaktiivse lämmastiku kontsentratsioonid
veidi madalamad, kuid siiski piisavalt head, et muru hästi kasvaks. Teisisõnu, liiga palju reaktiivset lämmastikku võib
olla sama surmav kui selle puudumine. Võti peitub optimaalse koguse leidmises.
Millised on mõned lämmastiku negatiivsed mõjud?
Esimene on seotud dilämmastikoksiidi (N2O) gaasi tootmisega. Dilämmastikoksiid on võimas
kasvuhoonegaas (KHG) – peaaegu 300 korda
võimsam kui kõige levinum kasvuhoonegaas, süsinikdioksiid (CO2). Seetõttu
toimib see globaalse soojenemise peamise soodustajana. Kuidas aga tekib
dilämmastikoksiidi põllumajanduses? Kui anname põllule reaktiivset lämmastikku
(nt väetist), puhkeb võitlus meie saagi ja mullas leiduvate mikroobide vahel,
kes samuti võistlevad lämmastiku pärast. Osa lämmastikust tarbib toitainena
meie põllukultuur, osa aga kasutavad ära mullamikroobid. Need mikroobid võivad meie
kasutatava reaktiivse lämmastiku muuta/oksüdeerida dilämmastikoksiidiks protsessis,
mida nimetatakse "nitrifikatsiooniks"
või "denitrifikatsiooniks"
(milline neist protsessidest toimub, sõltub keskkonnatingimustest). Kariloomad
võivad samuti tekitada N2O, eritades pinnasesse reaktiivset
lämmastikku ja häirides mikroobide tegevust. Põllumajandus on seega suurim dilämmastikoksiidi tekitaja maailmas.
Kuna meie nõudlus väetiste ja kariloomade järele suureneb (rahvastiku kasvu
ning suurema nõudluse tõttu liha- ja piimatoodete järele), võivad
kasvuhoonegaaside heitkogused jätkuvalt kasvada.
Teine vales kohas reaktiivse lämmastiku negatiivne mõju on õhukvaliteedi
halvenemine.
Reaktiivne lämmastik võib moodustada lämmastikoksiide (üldnimega NOx). Need
gaasid võivad olla kohaliku õhusaaste peamiseks allikaks, moodustades sudu,
happevihmasid ning toimides tahkete osakeste (PM) ja maapinna osooni peamise
eelkäijana. Need gaasid võivad avaldada tõsist mõju inimeste tervisele,
avaldades kahjulikku mõju hingamisteede haigustele. Õhusaaste tase – eriti
linnapiirkondades – on peamine tervise- ja keskkonnaprobleem. Suurenenud
linnastumisega kasvab see mure kogu maailmas.
Liiga palju lämmastikku vales kohas võib samuti oluliselt mõjutada
bioloogilist mitmekesisust. Piirkondades, kus reaktiivse lämmastiku kontsentratsioon on kõrge,
võivad teatud lämmastikku armastavad liigid õitseda, samas on teised liigid
nendes tingimustes raskustes. Sel juhul võivad teatud liigid hakata keskkonda
domineerima, hävitades kunagise bioloogilise mitmekesisuse. See toimub
maismaaökosüsteemides. Kuid võib ilmneda ka veekeskkonnas, kui maismaal liigne
lämmastik uhutakse sademete ja äravooluga veekogudesse. Kui lämmastik hakkab veekeskkonnas domineerima, võivad lämmastikku
armastavad liigid, nagu sinivetikad, õitseda ja hakata domineerima vee
ökosüsteemis. Mõnikord nimetatakse seda "vetikate õitsenguks" (algal blooms), need vetikad võivad
tarbida palju veekogu hapnikust, tekitades nn "surnud tsoone". See
omakorda võib olla oluliseks
sotsiaalseks ja majanduslikuks mõjutajaks, mis hävitab tõhusalt mõne kogukonna
peamise toidu- või valguallika.
Kaks elementi, mis meie lämmastiku haldamisel käsikäes käivad, on toiduga
kindlustatus ja kliimamuutused. Selleks et 2050. aastaks rahuldada 9–10 miljardi suuruse
elanikkonna toitmine, on reaktiivne lämmastik hädavajalik. Kuid me teame ka, et
meie põllumajandusliku lämmastiku kasutamine on peamine kasvuhoonegaaside
tekitaja ja seega ka kliimamuutuste tõukejõud. Kliimamuutus võib omakorda
avaldada tõsist mõju toiduga kindlustatusele, vähendades põllukultuuride saaki
erinevates maailma piirkondades.
Seetõttu võib lämmastikku pidada nii
sõbraks kui ka vaenlaseks. Kumb sellest saab, sõltub sellest, kui tõhusalt me
seda kasutame – õiges koguses õigetes kohtades.
Lämmastik
esineb paljudes keemilistes vormides, sealhulgas: orgaaniline lämmastik,
ammoonium (NH4+), nitrit (NO2-), nitraat (NO3-),
dilämmastikoksiid (N2O), lämmastikoksiid (NO) või anorgaaniline lämmastik (N2).
Lämmastik võib muutuda ühest keemilisest vormist teise mitmete biootiliste
(elusorganismide) ja abiootiliste (mittebioloogiliste) protsesside käigus.
Lämmastik eksisteerib Maa atmosfääris
inertses/mittereaktiivses gaasilises N2 vormis. Sellisena on see
enamiku eluvormide jaoks kättesaamatu, välja
arvatud liblikõielised taimed (nagu oad ja herned). Kaunviljadel on võime
"kinnistada" lämmastikku, mis tähendab, et neil on ensüümid, mis on
võimelised ühendama inertse lämmastikgaasi vesinikuga, moodustades ammoniaagi
ja lõpuks ka muid lämmastiku orgaanilisi vorme. Teine looduslik protsess, mis suudab lämmastikku "kinnitada",
on äike.
Sünteetiliste väetiste kaudu toodetud
lämmastiku kogus on praegu suurem kui
meie pinnases looduslikult esinev kogus. Seetõttu on see ülioluline lisand
meie kasvava elanikkonna vajaduste rahuldamiseks vajaliku saagikoguse
kasvatamiseks. Arvatakse, et 2–3 inimest
viiest ei eksisteeriks tänapäeval ilma selle võimeta täiendavaid
lämmastikväetisi toota.
Lämmastikväetise tootmine on suhteliselt energiamahukas tööstuslik
protsess ja võib
seetõttu olla kulukas. See tähendab, et madala sissetulekuga riikides on see suur
takistus nende kasutuselevõtule.
Kõrgema sissetulekuga riigid, nagu
Euroopa ja Põhja-Ameerika riigid, kipuvad kasutama oluliselt rohkem väetist kui
madalama sissetulekuga riigid. Näiteks Suurbritannias kasutatatakse keskmiselt 160–170 kilogrammi hektari kohta.
Võrrelge seda paljude Sahara-taguse Aafrika riikidega, kus väetist kasutatakse
peaaegu nulli või mõne kilogrammi hektari kohta.
Põllumajanduses kasutatava lämmastiku
kasutamise oluline mõõdik on määratletud kui "lämmastiku kasutamise tõhusus". Lämmastiku kasutamise
tõhusus mõõdab, kui palju kasutatud lämmastikku taimed tegelikult kasvuks
kasutavad/omatavad. Ülejäänud lämmastik jääb sageli üleliigseks lämmastiku
kasutuseks ja võib tekitada keskkonnaprobleeme, sealhulgas veereostust. Näiteks
hektarile nisusaagile pandi 100 kilogrammi väetist ja nisusaak võttis sellest
lämmastikust vaid 40 kilogrammi, lämmastiku kasutamise efektiivsus oleks 40%.
Suure lämmastikukasutuse
efektiivsusega süsteemides kasutab kultuur rohkem lämmastikväetist ja vähem läheb
raisku üleliigse väetisena. Lämmastiku
kasutamise tõhusus sõltub paljudest teguritest, sealhulgas põllukultuuri
tüübist, mullatüübist, ilmastikutingimustest ja eriti põllumajandustootja
põllumajanduslikust majandamisstrateegiast.
Vähe lämmastikku võib avaldada
tugevat negatiivset mõju taimede kasvule ja saagikusele, kuid väetise
ülekasutamine (st liiga palju andmine) avaldab negatiivseid mõjusid, sealhulgas
keskkonnareostust, raisatud energiat ja raisatud majandusressursse (kuna
põllumees peab ostma väetist, mis ei aita kaasa põllukultuuride kasvule).
Kõige tavalisem kliimamuutustega seotud kasvuhoonegaas on süsinikdioksiid
(CO2). Lisaks sellele on veel kasvuhoonegaasid dilämmastikoksiid (N2O) ja
metaan (CH4), mis aitavad kaasa globaalsele soojenemisele.
Dilämmastikoksiidi toodavad
mikroobsed bakterid, mis muudavad reaktiivse lämmastiku (nt ammoniaakväetis)
denitrifikatsiooniks nimetatava protsessi kaudu N2O-ks.
Dilämmastikoksiid on hoolimata
sellest, et selle kontsentratsioon atmosfääris on palju väiksem kui
süsinikdioksiidil, siiski oluline, kuna sellel on tugev soojendav toime. Me
saame mõõta mõju, mida antud molekul avaldab kliimamuutustele, kasutades
mõõdikut, mida nimetatakse globaalseks soojenemise potentsiaaliks (GWP). See
mõõdik mõõdab 1 tonni gaasi soojendavat mõju võrreldes 1 tonni süsinikdioksiidi
soojendava mõjuga teatud aja jooksul (tavaliselt 100 aasta jooksul). Süsinikdioksiidi puhul on GWP 1.
Dilämmastikoksiid on võimas kasvuhoonegaas, mille GWP on 298. See tähendab, et ühel tonnil dilämmastikoksiidil
oleks samasugune soojendav mõju kui ligi 300 tonnil süsinikdioksiidil.
Keskmiselt suudavad põllukultuurid
sõltuvalt kohalikest tingimustest, põllukultuuri tüübist ja põllumajanduse
majandamisstrateegiatest kasutada vaid umbes
poole põllumaale antavast lämmastikväetisest, mõnel juhul võib see olla palju
alla 50%. Lämmastiku kasutamise efektiivsust saab arvutada ka liha- ja
piimatoodete tootmisel. Sel juhul ei loeta lämmastiku sisendiks mitte ainult
karjamaadele antavaid lämmastikväetisi, vaid ka loomadele antava lisatoidu
lämmastikusisaldust. Pealegi tuleb sel juhul tegelikult kasutatud lämmastikuna
käsitleda lämmastikku, mis on muudetud biomassiks (lihas või piimas).
Põllumajanduslikul lämmastikul on
kaks peamist allikat, mis mõlemad vabastavad dilämmastikoksiidi otseste ja
kaudsete vahenditega. Taimede lämmastiku kasutamise efektiivsus on tavaliselt madal (sageli tublisti alla 50%), mis
tähendab, et taimed ega loomad ei kasuta vähemalt poolt muldadele antavast
lämmastikust.
Järelejäänud liigne lämmastik on
mulla mikroobide jaoks kättesaadav, et need muutuksid denitrifikatsiooni teel
dilämmastikoksiidiks. See protsess toimub olenemata sellest, kas toitaineid
kasutatakse sünteetiliste väetiste või sõnniku kujul. Seda mullaprotsessi,
mille tulemuseks on dilämmastikoksiidi emissioon, nimetatakse otseheiteks
(direct emissions).
Kuid mitte kogu see liigne lämmastik
ei jää pinnasesse, kuhu see pandi. Kui pinnas on veega läbi imbunud või on
palju sademeid, võib see lämmastik kanduda veeteedesse, näiteks jõgedesse,
järvedesse ja lõpuks ka ookeani.
Nõudlus toidutootmise järele ei suurene mitte ainult maailma rahvastiku
jätkuva kasvu tõttu, vaid seda põhjustavad ka muutused ülemaailmsetes
toitumiseelistustes/harjumustes. Nagu on näidatud alloleval diagrammil, on sissetulekute ja
lihatarbimise vahel tugev seos; Enamikus riikides süüakse rikkamaks saades
rohkem liha ja piimatooteid.
Liha- ja piimatoodete tootmine on
tavaliselt ressursimahukam kui enamiku põllukultuuride tootmine. See kehtib
paljude keskkonnaressursside, sealhulgas maa, vee, sööda ja kasvuhoonegaaside
heitkoguste kohta. Lisaks on liha- ja piimatootmine sageli palju vähem
lämmastikutõhus kui taimekasvatus. Kuigi mõned põllukultuuride süsteemid võivad
saavutada lämmastiku efektiivsuse 50% lähedal (või isegi üle selle), on enamiku
loomakasvatussüsteemide tõhusus tunduvalt alla 10%.
Jõukuse suurendamine; suurenenud
nõudlus liha- ja piimatoodete järele; avaldab seepärast veelgi suuremat survet
meie toidusüsteemidele ja lämmastikuressurssidele.
Me ei pea mitte ainult rohkem tootma;
ja ressursimahukamalt tootma; vaid koos sellega kaasneb täiendav surve, mis
võib selle väljakutse veelgi raskemaks muuta. Lähikümnenditel lisab
kliimamuutus mõnele põllumajandussüsteemile tõenäoliselt mitmel viisil survet. Kuigi globaalse temperatuuri mõne kraadi
tõus võib kõrgetel laiuskraadidel saagikust positiivselt mõjutada, on sellel
tõusul eeldatavasti negatiivne mõju madalamatel laiuskraadidel. Need
negatiivsed mõjud ilmnevad tõenäoliselt riikides, kus rahvastiku kasv on
suurim.
Ohustades eriti põllukultuure, võivad
kliimamuutused mõjutada põllumajandussüsteeme mitmel viisil. Põllukultuure
võivad potentsiaalselt mõjutada:
• kuumastress;
• muutused sademete hulgas nii põua-
kui ka üleujutusperioodidest;
• teatud kahjurid ja põllukultuuride
haigused.
Kuna maailmas kasutatakse umbes
kolmandikku põllukultuuridest loomade toitmiseks, siis kaudselt avaldavad kõik
need ohud potentsiaalset mõju ka liha- ja piimatoodete tootmisele.
Kuidas saame toiduvalikuga vähendada lämmastikumõjusid
Lämmastikumõjude vähendamine ja
lämmastiku kasutamise tõhusus tuleb suurendada mulla ja põllumajanduse
majandamise tavade parandamisega. Tarbijatena
on aga igaühel oma roll meie toidusüsteemi jätkusuutlikumaks muutmisel.
Üks võimalustest, mida peame lämmastiku mõju vähendamiseks, on toitumise valik (st see,
mida me sööme). Oluline toitumismuudatus, mida saame teha lämmastiku mõju
vähendamiseks, on liha- ja piimatoodete tarbimise vähendamine. Selle
vähendamisega võib kaasneda rida täiendavaid eeliseid, sealhulgas isiklik
tervis, aga ka muud keskkonnamõjud, nagu kasvuhoonegaaside heitkogused, maa- ja
veekasutus.
Üleminek taimsema toitumise poole,
mis on lähemal Maailma Terviseorganisatsiooni (WHO) tervisliku toitumise juhistele, on üks olulisemaid muudatusi, mida
inimene saab keskkonnamõju vähendamisel teha. Muudatuse variandiks võiks olla
üleminek "demitaarsele dieedile", mis tähendab tavapärase liha- ja
piimatoodete tarbimise vähendamist poole võrra. ÜRO raporti "Nitrogen on
The Table" kohaselt võib see muudatus viia kasvuhoonegaaside heitkoguste
vähenemiseni 25–40%.
Toidujäätmete vähendamine
Lisaks sellele, et teeme paremaid
valikuid selle kohta, mida me sööme, saame midagi muuta, kui paneme rohkem
rõhku sellele, mida me ei söö. Teisisõnu: vähendada toidu raiskamist ja kadusid
kogu tarneahelas ja majapidamiste tasandil.
Hinnanguliselt läheb kogu maailmas üle
20% kuni kolmandik toodetud toidust
raisku või kaotsi. Arengumaades kipub see tulema toidukao kujul, mis on toidu
tahtmatu kadumine või riknemine põllu ja jaemüügitasandi vahel. Arenenud
riikides, kus tarneahelate jaoks on parem transpordi-, turustus- ja töötlemise
infrastruktuur, on toidukadu väiksem, kuid toidu
raiskamine tarbijate tasandil on oluliselt suurem.
Kui see juhtub, ei lähe raisku või
kaotsi mitte ainult toit ise, vaid ka selle tootmiseks kasutatud loodusvarad.
See hõlmab lisaks kasvuhoonegaaside heitkogustele lämmastikväetisi, aga ka muid
ressursse, nagu vesi, maa ja energia. Toidu
raiskamise vähendamine, ostes vaid vajaliku koguse, planeerides toidukordi
eelnevalt ja pannes vastu supermarketite reklaamidele (3 ühe hinnaga jms),
on seega hea (ja suhteliselt lihtne) viis oma keskkonnamõju vähendamiseks.