حل مشكلة النيتروجين في العالم

تحتاج البشرية إلى النيتروجين لتخصيب حقول الحبوب، لكن الاستخدام المتزايد للأسمدة في جميع أنحاء العالم يضر بالبيئة ويهدد صحة الإنسان. كيف يمكن تمهيد مسار مستدام لاستخدام النيتروجين؟

بواسطة آلان ر. تاونسند وروبرت دبليو هوارث

يدين مليارات الأشخاص في عالمنا بحياتهم لاكتشاف واحد حدث قبل قرن من الزمان. وفي عام 1909، اكتشف الكيميائي الألماني فريتز هابر من جامعة كارلسروه طريقة للاستفادة من غاز النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي وإنتاج الأمونيا منه، وهي المادة الفعالة في الأسمدة الصناعية. على الرغم من أن النيتروجين هو العنصر الأكثر شيوعا في الغلاف الجوي، إلا أنه غير متوفر لمعظم الكائنات الحية لأنه لا يشارك في التفاعلات الكيميائية. وبعد عشرين عاما من اكتشاف هابر، تحسنت قدرة البشرية على زراعة الغذاء بشكل لا يقاس بفضل عالم ألماني آخر، كارل بوش، الذي طور طريقة لتنفيذ فكرة هابر على نطاق صناعي.

وفي العقود التالية، قامت المصانع بتحويل طن تلو الآخر من الأمونيا الصناعية إلى أسمدة، واليوم يرى الكثيرون أن اختراع هابر وبوش هو أحد أعظم المساهمات في الصحة العامة في تاريخ البشرية. الأسمدة الاصطناعية، التي كانت عماد الثورة الخضراء، أتاحت للمزارعين زراعة الأراضي القاحلة، وتحويلها إلى حقول منتجة، وزراعة المحاصيل على نفس الأرض سنة بعد سنة، دون انتظار تجدد الأسمدة الطبيعية بشكل طبيعي. وهكذا قفز عدد سكان العالم في القرن العشرين من 20 إلى 1.6 مليار نسمة.

لكن هذه الأخبار السارة كلفت البشرية ثمناً باهظاً. إن معظم النيتروجين النشط الذي ننتجه - عمداً كسماد، أو بدرجة أقل كمنتج ثانوي لحرق الوقود الأحفوري الذي يشغل سياراتنا ومنشآتنا الصناعية - لا ينتهي به الأمر في الطعام الذي نأكله. وبدلاً من ذلك، فإنها تهاجر إلى الغلاف الجوي، وإلى الأنهار، وإلى المحيطات، حيث تحول جلدها من مادة حميدة إلى مادة ملوثة حميدة. وقد ألقى العلماء بالفعل باللوم على النيتروجين النشط في النمو الضار للطحالب، وتشكيل المناطق الميتة في المياه الساحلية وتلوث الهواء بالأوزون. كما تضيف الدراسات الحديثة إلى الاتهام بالمساهمة في فقدان التنوع البيولوجي والاحتباس الحراري، وتشير ضمناً إلى أنها قد تزيد من معدل بعض الأمراض السيئة بين البشر.

ينتج الإنسان اليوم النيتروجين النشط ويحقنه في البيئة بمعدل متزايد. ويرجع ذلك جزئياً إلى أن البلدان بدأت بقوة مشاريع كثيفة الاستخدام للأسمدة، مثل إنتاج الوقود الحيوي وإنتاج اللحوم للاستهلاك (النظام الغذائي الغني باللحوم يتطلب زراعة كميات ضخمة من الحبوب، التي تستخدم لتغذية الحيوانات). أصبح الاستخدام المكثف للأسمدة لزراعة الحبوب والحرق غير المنضبط للوقود الأحفوري أكثر شيوعا في مناطق مثل أمريكا الجنوبية وآسيا. ليس من المفاجئ إذن أن تظهر المناطق البحرية الميتة وغيرها من المشكلات المرتبطة بالنيتروجين، والتي كانت مقتصرة في السابق على أمريكا الشمالية وأوروبا، في أماكن أخرى.

ومع ذلك، فإن الأسمدة تخدم كأداة من الدرجة الأولى لتطوير نظام موثوق للإمدادات الغذائية في منطقة جنوب الصحراء الكبرى في أفريقيا وغيرها من المناطق التي تعاني من سوء التغذية، وهذا أمر جيد. ومع ذلك، يجب على المجتمع الدولي أن يتحد ويجد طرقًا لإدارة استخدام الأسمدة بشكل أفضل والتخفيف من آثارها الضارة في العالم. الحلول ليست دائما بسيطة، ولكنها ليست بعيدة عن متناولنا.

العروس جميلة جداً

لحل مشكلة النيتروجين، عليك أن تفهم الكيمياء المعنية وأن تعرف بالضبط كيف يخلق النيتروجين المشكلة البيئية. تنشأ التأثيرات السيئة التي يجلبها النيتروجين، بالإضافة إلى صفاته الجيدة، عندما تتحلل جزيئات N2. تحتاج جميع الكائنات الحية إلى النيتروجين، لكن أكبر خزان له، وهو 78% من الغلاف الجوي، بعيد عن متناول معظم الكائنات الحية لأن الغاز خامل كيميائيًا. إن الطريقة الطبيعية لتوفير النيتروجين المتاح للعمليات الحياتية هي من خلال مجموعة صغيرة من البكتيريا القادرة على كسر الرابطة الكيميائية الثلاثية التي تربط ذرتي النيتروجين معًا في عملية تسمى تثبيت النيتروجين. وتوجد هذه البكتيريا المتخصصة بشكل طبيعي على الأرض وفي الماء، سواء كان حلوًا أو مالحًا، وتحافظ أيضًا على علاقات تكافلية داخل جذور البقوليات، والتي يعد بعضها من أهم المحاصيل في العالم. يتم تثبيت كمية صغيرة إضافية من النيتروجين الغازي عندما يكسرها البرق أو الانفجارات البركانية.

قبل أن تبدأ البشرية في الاستفادة من عملية هابر بوش وغيرها من الطرق لتثبيت النيتروجين، تمت موازنة كميات النيتروجين النشط التي تم إنشاؤها في العالم بواسطة مجموعة صغيرة أخرى من البكتيريا التي تحول النيتروجين النشط مرة أخرى إلى غاز N2 في عملية تسمى نزع النتروجين. ولكن خلال حياة جيل بشري واحد، تم انتهاك هذا التوازن الدقيق تمامًا. حتى عام 2005، كان البشر ينتجون أكثر من 180 مليون طن من النيتروجين النشط كل عام، أي ضعف الكمية التي تنتجها جميع العمليات الطبيعية على الأرض سنويًا على الأقل.

وبمجرد أن يتحرر النيتروجين، الذي يسميه البعض بالعنصر الضال، من صورته غير المبالية، فإنه قد يسبب مجموعة من المشاكل البيئية بسبب قدرته على التفاعل مع العديد من المواد الكيميائية والانتشار في طول العالم وعرضه. عندما تدخل ذرة جديدة من النيتروجين الغلاف الجوي أو النهر، فإنها قد تنتقل عشرات إلى مئات الكيلومترات قبل أن تستقر. ولذلك أدى النشاط البشري إلى زيادة معدلات النيتروجين حتى في أبعد أركان الأرض. ولكن ربما تكون الميزة الأكثر خبثًا لذرة نيتروجين نشطة واحدة هي قدرتها على الانتقال من بيئة بعيدة إلى أخرى مثل مجرم في فورة جريمة متسلسلة.

جني النتائج

يتفاعل حقل الذرة أو العشب مع إضافة النيتروجين بطريقة بسيطة ويمكن التنبؤ بها: يزداد النمو. ولكن في البيئات البيئية الطبيعية تكون ردود الفعل أكثر تعقيدا، وأحيانا تسبب القلق. فعندما يتدفق نهر مليء بالأسمدة إلى البحر، على سبيل المثال، فإن الماء يحفز تكاثر النباتات المجهرية التي يستهلك تحللها الأكسجين ويؤدي إلى تكوين مناطق تعرف بالمناطق الميتة. وحتى على الأرض، لا تستجيب جميع النباتات الموجودة في بيئة معقدة لإضافة النيتروجين بنفس الطريقة، والعديد منها غير قادر على مواجهة الزيادة المفاجئة في هذه الوفرة. على سبيل المثال، فقدت الأراضي العشبية في معظم أنحاء أوروبا ربع أنواعها النباتية أو أكثر في العقود التي وصل إليها النيتروجين النشط الذي صنعه الإنسان من الغلاف الجوي. المشكلة منتشرة على نطاق واسع، ووفقًا لتقدير علمي تم تحديده منذ وقت ليس ببعيد، يعد التلوث بالنيتروجين واحدًا من أخطر ثلاثة تهديدات للتنوع البيولوجي في العالم. يعتبر برنامج الأمم المتحدة البيئي للحفاظ على التنوع البيولوجي أن تقليل إمدادات النيتروجين مقياس مهم للنجاح في الحفاظ على التنوع البيولوجي.

إن فقدان نبات نادر لا يثير عادة اهتمام الجمهور وصانعي السياسات. لكن النيتروجين الزائد قد يهدد جنسنا البشري أيضًا. يشير تقرير صادر عن معاهد الصحة الوطنية الأمريكية (NIH) إلى أن المستويات الأعلى من الطبيعي من النترات (أيونات النترات) في مياه الشرب قد تسبب تطور العديد من المشاكل الصحية، بما في ذلك بعض أنواع السرطان. غالبًا ما تكون هذه المستويات المرتفعة نتيجة للتلوث الناتج عن المستويات العالية من النترات في الأسمدة التقليدية. تلوث الهواء المرتبط بالنيتروجين والذي يتسبب في تكوين الجزيئات الصلبة وتلوث الطبقات السفلية من الهواء بالأوزون يزيد من معدل الإصابة بأمراض القلب والرئة ويزيد من معدل الوفيات العام.

يمكن أن تسبب لنا حلقات ردود الفعل البيئية الناتجة عن زيادة النيتروجين (وزيادة سماد كيميائي شائع آخر، وهو الفوسفور) العديد من المشاكل الصحية الأخرى. لا يزال حجم المشكلة غير واضح، لكن العلماء يعرفون أن إثراء النظم البيئية بالنيتروجين يغير بيئتها بعدة طرق. تشير الأدلة الحديثة إلى أن النيتروجين الزائد في مياه الشرب قد يزيد من خطر الإصابة بمرض الزهايمر والسكري. قد يؤدي النيتروجين الزائد أيضًا إلى زيادة إطلاق المواد المسببة للحساسية، مثل حبوب اللقاح من بعض الأعشاب التي يزداد نموها عن طريق الإخصاب، في الهواء. وقد يشجع التلوث بالنيتروجين أيضًا على انتشار بعض الأمراض المعدية. هناك أدلة على أن البشر يكونون أكثر عرضة للإصابة بالملاريا والكوليرا وداء البلاريا وفيروس غرب النيل عندما يكون مستوى النيتروجين في البيئة مرتفعا.

ويتم تنظيم انتشار هذه الأمراض، وغيرها الكثير، من خلال عمل الأنواع الأخرى في البيئة، وخاصة تلك التي تحمل العامل المعدي. فالبعوض، على سبيل المثال، ينشر طفيل الملاريا، وتطلق القواقع ديدان البلاريسيا في الماء. توضح القواقع كيف يمكن للنيتروجين أن يؤدي إلى تفاعل متسلسل: زيادة تدفق النيتروجين أو الفوسفور يزيد من النمو في المسطحات المائية، ويعمل الغطاء النباتي كغذاء للقواقع، ويؤدي تشجيعه إلى تسريع نمو المجموعات السكانية الحاملة للأمراض. كما أن الطعام الزائد يسرع بشكل كبير إنتاج الطفيليات في جسم الحلزون. لا يزال من السابق لأوانه تحديد ما إذا كان تلوث البيئة بفائض من العناصر الغذائية سيزيد بشكل عام من خطر انتشار الأمراض، لأنه في بعض الأحيان تؤدي التغيرات البيئية الناجمة عن فائض العناصر الغذائية إلى تقليل المخاطر الصحية بالفعل. لكن احتمال إحداث الضرر يخلق حاجة ملحة لفهم كيفية حدوث التغيير، خاصة وأن استخدام الأسمدة من المتوقع أن ينتشر في العقود المقبلة في المناطق الاستوائية الموبوءة بالأمراض.

تشير الأدلة المتراكمة بأصابع الاتهام نحو النيتروجين المنشط عندما يتعلق الأمر بزيادة تغير المناخ. يظهر النيتروجين النشط في الغلاف الجوي في مركبات أول أكسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO2)، والتي تعرف معًا باسم NOx. تتسبب هذه المركبات بالقرب من السطح في تكوين أحد أكثر المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها: الأوزون. إن تكوين الأوزون أمر مثير للقلق ليس فقط لأنه ضار بصحة الإنسان ولكن أيضًا لأن الأوزون على السطح يعد أحد غازات الدفيئة المهمة. علاوة على ذلك، فإن الأوزون يدمر أنسجة النباتات ويسبب أضرارا للمحاصيل تقدر بمليارات الدولارات سنويا. إن تثبيط النمو تحت تأثير الأوزون يضعف قدرة النباتات على امتصاص ثاني أكسيد الكربون (CO 2) والحد من ظاهرة الاحتباس الحراري.

يهدد النيتروجين النشط المناخ بأكثر الطرق إثارة للقلق عندما يظهر في مركب ثاني أكسيد النيتروجين (N2O) - وهو مركب أقوى الغازات الدفيئة. يؤدي جزيء واحد من أكسيد النيتروجين إلى زيادة تأثير الاحتباس الحراري بمقدار 2 مرة أكثر من زيادة تأثير الاحتباس الحراري بمقدار جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون. وعلى الرغم من أن أكسيد النيتروز أقل شيوعًا في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون، إلا أنه مسؤول عن ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي بمعدل يعادل 300% من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي. ولكن من المهم أن نضيف أن زيادة النيتروجين في بعض الأحيان يمكن أن تقلل من ظاهرة الاحتباس الحراري، على سبيل المثال عندما تتحد مع غازات أخرى وتنتج جزيئات الهباء الجوي التي تعيد الإشعاع الذي يصل إلى الأرض، وعندما تشجع نمو الغابات في المناطق منخفضة النيتروجين التي تمتص المزيد ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. ولكن على الرغم من أن التوازن بين تأثيرات الاحتباس الحراري والتبريد للنيتروجين لا يزال غير واضح، إلا أن هناك دلائل متزايدة على أن الإنتاج الاصطناعي المستمر للنيتروجين الزائد من قبل البشر سوف يؤدي إلى تسريع ظاهرة الاحتباس الحراري.

ماذا تفعل؟

إن ما يقرب من ثلثي النيتروجين الذي يضر الأرض اليوم يتم إصلاحه بواسطة الإنسان في عمليات إنتاج الأسمدة، ومع ذلك فإن وقف الإنتاج أمر غير وارد. الأسمدة مهمة جدًا لإطعام العالم. لكن ضمان الاستخدام الفعال في الدول الغنية والنامية يجب أن يكون جزءا من الحل.

لقد مهدت الدول الغنية الطريق لنظام زراعي غالباً ما يفرط في استخدام النيتروجين ولا يهتم بالاستخدام الكفء لهذا المورد المهم. وفي كثير من الأحيان، يشبه استخدام النيتروجين فورة استثمارية متسرعة حيث يتم تحقيق عوائد هزيلة وتجاهل التكاليف الحقيقية. بينما في أجزاء أخرى من العالم، يقع أكثر من مليار شخص في فخ حلقات الفقر وسوء التغذية. ولعل أفضل مثال على ذلك هو منطقة جنوب الصحراء الكبرى في أفريقيا. وفي بعض الأحيان، يفشل الإنتاج الزراعي في هذه المناطق في تلبية حتى أبسط الاحتياجات الغذائية الأساسية، وبالتأكيد لا يوفر مصدراً للدخل. ولا شك أن الأسمدة النيتروجينية ستحسن الظروف المعيشية للسكان هناك. فقد أدى تبني سياسة جديدة لتوفير الأسمدة بأسعار معقولة ومجموعة أكبر من البذور المتنوعة للمزارعين الفقراء في ملاوي، على سبيل المثال، إلى زيادة كبيرة في المحاصيل والحد من الجوع.

ولكن لا ينبغي نشر هذه الأسمدة بشكل متهور. والدليل هنا: فقد أظهرت الدراسات التي أجريت من حزام الذرة في الغرب الأوسط الأميركي إلى حقول القمح في المكسيك أن الإفراط في التسميد كان ممارسة شائعة في أحواض الحبوب في العالم، وأن انخفاض التسميد لم يؤدي في كثير من الأحيان إلى انخفاض المحاصيل. الحقائق البسيطة هي أن العالم بشكل عام قادر على زراعة المزيد من الغذاء باستخدام كمية أقل من الأسمدة عن طريق تغيير العادات الزراعية التي أصبحت شائعة في عصر الأسمدة الرخيصة والمنتشرة على نطاق واسع وعدم الاهتمام بالآثار طويلة المدى لاستخدامها. قد تكون البداية الرائعة هي ببساطة تقليل كمية الأسمدة التي تعطى للعديد من المحاصيل. في كثير من الأحيان تكون جرعة الأسمدة أعلى بكثير مما هو مطلوب لضمان ذروة الإنتاج، وهذا يؤدي إلى فقدانه المفرط ووصوله إلى البيئة. في الولايات المتحدة، يستهلك الناس المنتجات التي تأتي من ما يزيد قليلاً عن 10% من الأسمدة التي ينشرها المزارعون في الحقول كل عام. عاجلاً أم آجلاً، تنتهي البقايا في البيئة. وعلى الرغم من التقديرات المختلفة، فإن ربع إلى نصف الأسمدة في معظم المحاصيل التقليدية يتم غسلها على الفور من الحقول تحت المطر أو تجد طريقها إلى الغلاف الجوي. ويمكن للتقنيات الزراعية الدقيقة أن تساعد أيضًا. إن نشر الأسمدة بالقرب من الجذور فقط في وقت الطلب الأقصى هو أحد الأمثلة على الأساليب المستخدمة بالفعل في بعض المناطق الزراعية الغنية في العالم. إن استخدام أنظمة تحديد المواقع (GPS) لرسم خرائط الحقول بالإضافة إلى التقييمات المستندة إلى الاستشعار عن بعد لكميات العناصر الغذائية في التربة يسمح للمزارعين بتحسين حساباتهم فيما يتعلق بمواعيد تسميد الحبوب وكمية الأسمدة اللازمة. لكن هذه المعدات المتطورة باهظة الثمن وبعيدة عن متناول العديد من المزارعين المستقلين، لذا فإن الزراعة الدقيقة ليست حلاً سحريًا.

ولكن ليس كل الحلول تنطوي على التكنولوجيا المتقدمة. ومن الطرق الرخيصة والفعالة، على سبيل المثال، زراعة المحاصيل الشتوية (في البلدان الباردة) التي تغطي التربة وتحافظ على النيتروجين بدلا من ترك التربة مكشوفة لعدة أشهر. وهناك طريقة أخرى وهي زراعة النباتات المناسبة بين صفوف المحاصيل الأكثر ربحية، مثل الذرة. لإحداث تغيير كبير في بعض الأحيان، يكفي ببساطة تسميد الحقل مباشرة قبل زراعة الربيع في البلدان الشمالية، وليس قبل أشهر من الخريف.

ويمكن للعالم أيضًا أن يستفيد من التغيرات في عمليات إنتاج اللحوم. وينتهي معظم النيتروجين الذي يصل إلى المحاصيل في أفواه الخنازير والأبقار والدجاج، ويفرز معظم هذا النيتروجين في الانتفاخ والبول والبراز. لا شك أن تقليل استهلاك اللحوم في العالم سيكون خطوة مرحب بها، لكن بروتينات اللحوم ستظل عنصرا هاما في النظام الغذائي للإنسان. ولذلك يجب أن يصبح إنتاج اللحوم أكثر كفاءة. إن التغيير في النظام الغذائي للحيوانات، على سبيل المثال إطعام الماشية المزيد من العشب وتقليل الذرة، قد لا يكون ذا فائدة تذكر، بالإضافة إلى معالجة أفضل للنفايات بطريقة مشابهة لتنقية مياه الصرف الصحي البشرية، والتي من شأنها تحويل النيتروجين النشط مرة أخرى. إلى النيتروجين الجوي غير المختلف [انظر "Hamburger Greenhouse" بقلم ناثان بيالا، مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل، يونيو - يوليو 2009].

إن صناعة الطاقة، التي تطلق نحو 20% من النيتروجين الزائد على مستوى العالم، قادرة على خفض كمية النيتروجين النشط المنطلق عن طريق حرق الوقود الأحفوري من خلال نشر أفضل للتكنولوجيات اللازمة لإزالة أكاسيد النيتروجين من المداخن وغيرها من مصادر التلوث الصناعي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الجهود العالمية المستمرة لتحسين كفاءة استخدام الطاقة والتحول إلى مصادر طاقة أنظف ومتجددة من شأنها أن تقلل من انبعاثات النيتروجين والكربون. إن إزالة محطات الطاقة القديمة وغير الفعالة من خط الإنتاج، وتشديد معايير الانبعاثات للمركبات والمرافق، وتقليل إنتاج الكهرباء باستخدام طرق حرق الوقود التقليدية والتحول إلى خلايا الوقود، يمكن أن يؤدي إلى تغيير كبير.

وبطبيعة الحال، فإن أحد مصادر الطاقة المتجددة، وهو الوقود الحيوي المنتج من الذرة، يزيد مرة أخرى الطلب على الأسمدة. إن الزيادة المذهلة في إنتاج إيثانول الذرة في الولايات المتحدة، والتي تضاعفت أربع مرات تقريبًا منذ عام 2000، أدت بالفعل إلى زيادة واضحة في تدفق النيتروجين أسفل نهر المسيسيبي، الذي يحمل الأسمدة الزائدة إلى خليج المكسيك، حيث يشجع الأسمدة على تكاثر الطحالب ويخلق مناطق ميتة. . ذكر تقرير صادر عن اللجنة العلمية للمشاكل البيئية (كتب عندما كانت تابعة لمجلس العلوم الدولي) في أبريل 2009 أن الاستمرار في اتباع نهج "العمل كالمعتاد" فيما يتعلق بإنتاج الوقود الحيوي يمكن أن يؤدي إلى تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري، وتهديد الأمن الغذائي، والتسبب في أمراض الجهاز التنفسي. بين البشر، بالإضافة إلى المشاكل البيئية المعروفة.

كيفية إصلاح الضرر؟

يمتلك المجتمع البشري بالفعل أدوات تقنية لإدارة النيتروجين بشكل أكثر كفاءة مع الحفاظ على العديد من فوائده وتقليل المخاطر الناجمة عنه بشكل كبير. أما بالنسبة للتحديات في مجال الطاقة، فإن الانتقال إلى الاستخدام المستدام للنيتروجين لن يكون سهلا، ولا توجد حلول معجزة أيضا. علاوة على ذلك، فإن المعرفة التكنولوجية ليست كافية: ففي غياب الحوافز الاقتصادية وغير ذلك من التغييرات السياسية، لن يتمكن أي شيء من حل المشكلة.

يشير المعدل المتزايد للتلوث بالنيتروجين في جميع أنحاء العالم إلى الحاجة إلى ممارسات مراقبة منظمة. ربما تكون هناك ضرورة لفرض أو تشديد المعايير البيئية، مثل وضع حد أقصى يومي لكمية النيتروجين المسموح بحقنها في المياه الجارية وتحديد تركيزات النيتروجين النشط المسموح بها في الانبعاثات الناتجة عن حرق الوقود المعدني. وفي الولايات المتحدة وبلدان أخرى، يجري اتخاذ خطوات لتنفيذ السياسات التنظيمية، على المستويين الوطني والإقليمي، وقد حققت هذه الخطوات درجة معينة من النجاح [انظر "إحياء المناطق الميتة" بقلم لورانس مي، مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل، أبريل/نيسان 2007]. -مايو XNUMX]. وبعد التغييرات الضرورية التي تم إجراؤها في السياسة العالمية، يصل الأسمدة اليوم أيضًا إلى المناطق التي تجاهلتها الثورة الخضراء. لذا فمن الضروري في هذه المجالات تنفيذ أساليب مستدامة منذ البداية، من أجل تجنب تكرار الأخطاء التي ارتكبت في الولايات المتحدة وأماكن أخرى.

ولكن ليس من الضروري التهديد بفرض غرامة مالية على الانبعاثات التي تتجاوز المعيار من أجل إحداث تحسينات واعدة في استخدام النيتروجين. من الممكن أيضًا استخدام أدوات تعتمد على السوق الحرة، مثل تمرير الحصص إلى المتداول. وكان هذا الأسلوب ناجحاً جداً في معالجة انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت من المصانع. ويجري بالفعل اتخاذ خطوات لتبني أساليب مماثلة في التعامل مع تلوث أكاسيد النيتروجين، بما في ذلك برنامج تداول بدلات أكاسيد النيتروجين التابع لوكالة حماية البيئة الأميركية، والذي بدأ العمل في عام 2003. ويمكن أن تمتد هذه السياسة أيضًا لتشمل نفايات الأسمدة السائلة والانبعاثات الصادرة عن قطاع الثروة الحيوانية، على الرغم من أن مراقبة تضخم الحيوانات أكثر صعوبة من مراقبة الانبعاثات الناتجة عن مداخن محطات الطاقة التي تعمل بالفحم.

كما بدأت الأساليب الأخرى لحل المشكلة في إحداث تأثير، مثل التخطيط الأفضل لاستخدام طريق المناطق الزراعية، وخاصة التأكد من أن حقول الحبوب القريبة من المسطحات المائية محاطة بمناطق عازلة مستنقعية تقلل بشكل كبير من دخول النيتروجين إلى المياه الجارية والمياه الساحلية. إن الحفاظ على المناطق الساحلية، كما روجت له خطة الولايات المتحدة للحفظ، يمكن أن يؤدي دورًا مزدوجًا: ليس فقط للحد من تلوث النيتروجين ولكن أيضًا لتكون بمثابة موئل ضروري للطيور المهاجرة ومجموعة واسعة من الأنواع الأخرى.

ومن أجل تحقيق تقدم كبير، سيكون من الضروري إعادة التفكير في الدعم المالي للمزارعين أيضا. وقد تكون الإعانات التي تكافئ حماية البيئة فعالة بشكل خاص في تغيير عادات العمل بسرعة. أظهرت تجربة غير ربحية أجراها صندوق المزرعة الأمريكية علامات واعدة. واتفق المزارعون الذين شاركوا في التجربة على تقليل استخدام الأسمدة وتوجيه جزء من الأموال التي وفروها نتيجة عدم شرائها إلى الصندوق المشترك. لقد قاموا بتخصيب معظم محاصيلهم بمعدل مخفض، ولم يتم تسميد سوى قطع أراضي صغيرة للتجارب بكمية كبيرة من الأسمدة. وإذا حققت قطع الأراضي التي تم دهسها بالأسمدة الزائدة إنتاجية أعلى من متوسط ​​الحقل بأكمله، فإن الصندوق المشترك يدفع الفرق.

وكما ذكر أحدنا (هوارث) في تقرير تقييم النظام البيئي للألفية لعام 2005، فإن مثل هذه المدفوعات سوف تكون نادرة نظراً للميل الحالي إلى الإفراط في تسميد العديد من المحاصيل. في أحواض الحبوب في شمال الغرب الأوسط من الولايات المتحدة (المصدر الرئيسي للتلوث بالنيتروجين في خليج المكسيك، مما يؤدي إلى تكوين مناطق ميتة)، يستخدم المزارع عادة الأسمدة بنسبة 20٪ إلى 30٪ أكثر من الكمية الموصى بها من قبل أدلة زراعية. ولم تنقص محاصيل المزارعين الذين شاركوا في التجربة المذكورة للتقليل من استخدام الأسمدة والتجارب المشابهة لها كما كان متوقعا، وتضخمت الخزينة المشتركة دون أن يحصلوا على فلس واحد من دافعي الضرائب. وبما أن المبلغ الذي دفعه المزارعون للصندوق المشترك كان أقل من المبلغ الذي وفروه لعدم شراء الأسمدة، فقد حققوا ربحا.

وأخيرا، فإن تحسين المعلومات العامة والاختيار الشخصي يمكن أن يلعب دورا حاسما. وكما بدأ الكثيرون في تقليل استهلاكهم للطاقة، فيمكن للأشخاص من جميع مناحي الحياة اختيار أسلوب حياة أقل إهدارًا عندما يتعلق الأمر بالنيتروجين.

سيحدث تحسن مهم إذا تناول الأمريكيون كميات أقل من اللحوم. وإذا تحول الأميركيون إلى النظام الغذائي النموذجي لمنطقة البحر الأبيض المتوسط، حيث يشكل استهلاك اللحوم نحو سدس استهلاك اللحوم في الولايات المتحدة، فإن صحتهم لن تتحسن فحسب، بل إن استخدام الأسمدة في البلاد سينخفض ​​إلى النصف. مثل هذا التغيير الغذائي والزراعي يمكن أن يؤدي في الوقت نفسه إلى تقليل تلوث البيئة بالنيتروجين وتحسين الصحة العامة. وتؤدي الزراعة الغنية بالنيتروجين في البلدان الغنية إلى الإفراط في استهلاك البروتين، وفي كثير من الأحيان إلى نظام غذائي غير متوازن يسبب مشاكل صحية، من أمراض القلب والسكري إلى السمنة لدى الأطفال.

إن الاختيار الشخصي الذي يهدف إلى الحد من البصمة الكربونية الشخصية قد يساعد ليس فقط على المستوى الصناعي، حيث ينعكس ذلك، من بين أمور أخرى، في دعم طاقة الرياح أو السيارات الهجينة، ولكن أيضا على المستوى الزراعي. إن تناول كميات أقل من اللحوم وتفضيل الأطعمة التي تنمو بالقرب من المنزل ولحوم الحيوانات التي تأكل العشب وليس الذرة يعالج مشاكل الكربون والنيتروجين معًا. إن الاختيار الشخصي وحده لا يستطيع أن يحل المشاكل، ولكن التاريخ يظهر أنه قادر على تحفيز مجتمعات بأكملها على التحرك على مسار مختلف. إن التوازن المعروف بين المناخ وإنتاج الطاقة، والذي كان لسنوات عديدة لا يعدو أن يكون مجرد فرضية، يظهر اليوم في كل مكان، من خطابات الرئيس إلى اللوحات الإعلانية وخطط التنظيم.

ومن المؤسف أن مشكلة النيتروجين أكثر صعوبة من مشكلة الكربون في جانب واحد مهم. وفيما يتعلق بمشكلة الكربون، فمن المعقول أن نطمح إلى مستقبل حيث نستطيع إنتاج الطاقة دون استخدام الوقود المعدني الذي ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون. ولكن من المستحيل أن نتخيل عالماً لا يضطر إلى إنتاج كميات كبيرة من النيتروجين النشط. لقد كانت الأسمدة الاصطناعية، وستظل، ضرورية لتغذية العالم. لكن إذا واصلنا السير على طريق "العمل كالمعتاد"، وواصلنا زيادة صناعة النيتروجين، فإن عيوب اكتشاف هافر ستطغى أكثر فأكثر على مزاياه الهائلة.

ومع ذلك، كما جادلنا هنا، من الممكن تقليل مشاكل دورة النيتروجين بشكل كبير باستخدام التقنيات الحالية وبسعر معقول. يمكننا ويجب أن نفعل ما هو أفضل. وهذا سيتطلب جهدا فوريا ومستمرا، ولكن من المؤكد أنه من الممكن الوصول إلى مستقبل مستدام لاقتصاد النيتروجين.