Топыраққа қоректік заттар беру үшін қолданылатын заттар

Кіріспе

Топырақты өсімдіктердің жақсы өсуі үшін қоректік заттармен қамтамасыз ету мақсатымен қосылатын зат.

Тыңайтқыш (американдық ағылшын) немесе тыңайтқыш (британдық ағылшын) – топыраққа немесе өсімдік тіндеріне өсімдіктерді қоректік заттармен қамтамасыз ету үшін қолданылатын табиғи немесе синтетикалық материал. Тыңайтқыштар әктас немесе басқа да топырақтың қоректік емес түзетушілерінен ерекшеленуі мүмкін. Тыңайтқыштарды алудың табиғи және өнеркәсіптік өндіріс арқылы алудың көптеген көздері бар. 20-ғасырдың екінші жартысында азотты тыңайтқыштарды қолданудың артуы (1961 мен 2019 жылдар аралығында 800% өсім) "жасыл революция" деп аталатын шара аясында дәстүрлі азық-түлік жүйелерінің өнімділігін арттырудың маңызды бөлігі болды (басқаша айтқанда, жан басына шаққанда 30% артық). Жасанды және өнеркәсіптік тыңайтқыштардың қолданылуы судың ластануы және қоректік заттардың шайылуынан туындаған эвтрофикация сияқты қоршаған ортаға зиян келтірді; тыңайтқыштарды өндіру және кен оқу кезінде көміртегі және басқа да шығарындылар; сондай-ақ топырақтың ластануы мен қоршаған ортаға зиян келтіруіне себеп болды. Тыңайтқыштар мен пестицидтерді қолданудың қоршаған ортаға тигізетін зиянды әсерін, сондай-ақ өнеркәсіптік ауыл шаруашылығының тудыратын басқа да экологиялық зияндарды азайту үшін түрлі тұрақты ауыл шаруашылығы тәжірибелерін енгізуге болады.

Тарих

Жердің құнарлылығын басқару шаруаларды егіншілік пайда болғаннан бері алаңдатып келеді. Таяу Шығыс, Қытай, Мезоамерика және Орталық Анд мәдениеттері егіншілікті ерте қабылдаған. Бұл олардың мәдениеттерінің халық санының тез өсуіне әкелді деп саналады, бұл көршілес аңшы-жинаушылар топтарына мәдениетті таратуға мүмкіндік берді. Егіншілікпен қатар тыңайтқыштарды қолдану осы ерте қоғамдардың кейбіреулеріне көршілерінен маңызды артықшылық берді, осылайша оларды өз аймақтарында үстем мәдениеттерге айналдырды (P Bellwood 2023'). Мысырлықтар, римдіктер, вавилондықтар және ерте немістердің барлығы егістіктерінің өнімділігін арттыру үшін минералдар мен тыңайтқыштарды қолданғандығы жазылған. Бұл экономика мен ғылыми зерттеулердің өзара әрекеттесуінің нәтижесінде болды. Ағылшын кәсіпкері Джон Беннет Лоуес 1837 жылы ыдыстарда өсетін өсімдіктерге әртүрлі тыңайтқыштардың әсерін зерттеуді бастады, ал бір-екі жылдан кейін тәжірибелер далалық егістерге де таратылды. Бірден байқалған нәтиже 1842 жылы ол фосфаттарды күкірт қышқылымен өңдеу арқылы алынған тыңайтқышты патенттеді, осылайша жасанды тыңайтқыш өнеркәсібінің негізін қалады. Келесі жылы ол Джозеф Генри Гилбертпен бірге Егістік Егістерді Зерттеу институтында егін тәжірибелерін жүргізді. Біркеланд-Эйде процесі азот негізді тыңайтқыштар өндірісінің басындағы бәсекелестік өнеркәсіптік процестердің бірі болды. Бұл процесте атмосфералық азот (N2) азот қышқылына (HNO3) бекітілді, бұл азотты бекіту деп аталатын бірнеше химиялық процестердің бірі. Нәтижесінде алынған азот қышқылы нитрат (NO3-) көзі ретінде қолданылды. Бұл процеске негізделген зауыт Норвегияның Рюкан және Нотодден қалаларында, ірі су электр станцияларымен бірге салынды. 1910-1920 жылдарда Хабер және Оствальд процестерінің дамуына куә болдық. Хабер процесі метаннан (CH4) (табиғи газ) және ауадан алынған молекулалық азоттан (N2) аммиак (NH3) өндіреді. Хабер процесінен алынған аммиак Оствальд процесінде азот қышқылына (HNO3) жартылай айналады. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін, соғыс кезінде бомба жасау үшін азот өндірісін арттырған зауыттар ауыл шаруашылығына қайта бағытталды. Синтетикалық азотты тыңайтқыштарды қолдану соңғы 50 жыл ішінде үнемі өсіп келеді, қазіргі 100 миллион тонна азотқа дейін 20 есеге жетті. Синтетикалық азотты тыңайтқыштарды дамыту әлемдік халық санының өсуіне үлкен үлес қосты. Қазіргі уақытта Жердегі халықтың шамамен жартысы синтетикалық азотты тыңайтқыштарды қолданудың нәтижесінде тамақтанады деп есептеледі. Фосфатты тыңайтқыштардың қолданылуы да 1960 жылы жылына 9 миллион тоннадан 2000 жылы жылына 40 миллион тоннаға дейін өсті. 2021 жылы минералдық емес тыңайтқыштардың ауыл шаруашылығында қолданылуы 195 миллион тоннаға жетті, оның 56% азоттан тұрды. 2021 жылы Азияда минералдық емес тыңайтқыштардың әлемдік ауыл шаруашылығындағы қолданылуының 53% құрады, одан кейін Америка (29%), Еуропа (12%), Африка (4%) және Океания (2%) орналасты. Бұл аймақтардың рейтингісі барлық қоректік заттар үшін бірдей. Минералдық емес тыңайтқыштардың негізгі қолданушылары, азайыс тәртібімен, Қытай, Үндістан, Бразилия және Америка Құрама Штаттары (15-кестеге қараңыз), Қытай әрбір қоректік заттың ең ірі қолданушысы болып табылады. Yara International әлемдегі азот негізді тыңайтқыштардың ең ірі өндірушісі.

Management of soil fertility has preoccupied farmers since the beginning of agriculture. Middle Eastern, Chinese, Mesoamerican, and Cultures of the Central Andes were all early adopters of agriculture. This is thought to have lead to their cultures growing faster in population which allowed an exportation of culture to neighboring hunter gatherer groups. Fertilizer use along with agriculture allowed some of these early societies a critical advantage over their neighbors, leading them to become dominant cultures in their respective regions (P Bellwood 2023')'. Egyptians, Romans, Babylonians, and early Germans are all recorded as using minerals or manure to enhance the productivity of their farms. took place, partly driven by an intermingling of economics and research. John Bennet Lawes, an English entrepreneur, began to experiment on the effects of various manures on plants growing in pots in 1837, and a year or two later the experiments were extended to crops in the field. One immediate consequence was that in 1842 he patented a manure formed by treating phosphates with sulfuric acid, and thus was the first to create the artificial manure industry. In the succeeding year he enlisted the services of Joseph Henry Gilbert; together they performed crop experiments at the Institute of Arable Crops Research. The Birkeland–Eyde process was one of the competing industrial processes in the beginning of nitrogen based fertilizer production. This process was used to fix atmospheric nitrogen (N2) into nitric acid (HNO3), one of several chemical processes generally referred to as nitrogen fixation. The resultant nitric acid was then used as a source of nitrate (NO3−). A factory based on the process was built in Rjukan and Notodden in Norway, combined with the building of large hydroelectric power facilities. The 1910s and 1920s witnessed the rise of the Haber process and the Ostwald process. The Haber process produces ammonia (NH3) from methane (CH4) (natural gas) gas and molecular nitrogen (N2) from the air. The ammonia from the Haber process is then partially converted into nitric acid (HNO3) in the Ostwald process. After World War II, nitrogen production plants that had ramped up for wartime bomb manufacturing were pivoted towards agriculture uses. The use of synthetic nitrogen fertilizers has increased steadily over the last 50 years, rising almost 20 fold to the current rate of 100 million tonnes of nitrogen per year. The development of synthetic nitrogen fertilizer has significantly supported global population growth. It has been estimated that almost half the people on the Earth are currently fed as a result of synthetic nitrogen fertilizer use. The use of phosphate fertilizers has also increased from 9 million tonnes per year in 1960 to 40 million tonnes per year in 2000. Agricultural use of inorganic fertilizers in 2021 was 195 million tonnes of nutrients, of which 56% was nitrogen. Asia represented 53% of world total agricultural use of inorganic fertilizers in 2021, followed by the Americas (29%), Europe (12%), Africa (4%) and Oceania (2%). This ranking of the regions is the same for all nutrients. The main users of inorganic fertilizers are, in descending order, China, India, Brazil and the United States of America (see Table 15), with China the largest user of each nutrient. Yara International is the world's largest producer of nitrogen based fertilizers.

Механизм

Тыңайтқыштар өсімдіктердің өсуін жақсартады. Бұл мақсатқа екі жолмен қол жеткізіледі: дәстүрлісі – қоректік заттармен қамтамасыз ететін қоспалар арқылы. Ал кейбір тыңайтқыштар топырақтың суды ұстау және ауамен алмасу қабілетін өзгертіп, оның тиімділігін арттыру арқылы әрекет етеді. Бұл мақала, тыңайтқыштар туралы көптеген мақалалар сияқты, қоректік жағына баса назар аударады. Тыңайтқыштар әдетте әртүрлі пропорцияларда келесіні қамтамасыз етеді: Нитритті тотықтырғыш бактериялар, әсіресе Нитробактер, нитритті (NO2-) нитратқа (NO3-) окистендіреді, ол өте жақсы ерігіш және орын ауыстыратын, сондай-ақ эвтрофикация мен балдырлардың гүлдеуіне негізгі себеп болады.

Жіктеу

Тыңайтқыштар бірнеше түрге бөлінеді. Олар бір ғана қоректік затты (мысалы, K, P немесе N) қамтамасыз ететін болса, "бір компонентті тыңайтқыштар" деп жіктеледі. "Көп компонентті тыңайтқыштар" (немесе "күрделі тыңайтқыштар") екі немесе одан көп қоректік затты, мысалы N және P қамтамасыз етеді. Тыңайтқыштар сондай-ақ минералдық (осы мақаланың көп бөлігінде талданған) және органикалық деп жіктеледі. Минералдық тыңайтқыштарға көміртегі бар материалдар, уреядан басқа, кірмейді. Ал органикалық тыңайтқыштар көбінесе (қайта өңделген) өсімдік немесе жануар текті заттар болып табылады. Минералдық тыңайтқыштар кейде синтетикалық тыңайтқыштар деп аталады, себебі оларды өндіру үшін түрлі химиялық өңдеулер қажет.

Микроқоректік заттар

Микроэлементтер кішкентай мөлшерде қолданылады және өсімдік тіндерінде миллионнан бір бөліктің (ppm) шамасында, яғни 0,15-тен 400 ppm-ға дейін немесе құрғақ заттың 0,04%-дан кемі болады. Бұл элементтер көбінесе өсімдіктің метаболизмі үшін маңызды ферменттерге қажет. Олар катализаторларды (ферменттерді) қамтамасыз ететіндіктен, олардың әсері салмақтық көрсеткіштерінен әлдеқайда артық. Типик микроэлементтер – бор, мырыш, молибден, темір және марганец. Ал ыстық немесе құрғақшылық сияқты қоршаған орта жағдайлары бордың өсімдіктер үшін сіңірілуін қиындатады.

Өндіріс

Синтетикалық немесе минералдық тыңайтқыштардың өндірісіне дайын химиялық заттар қажет, ал органикалық тыңайтқыштар өсімдіктер мен жануарлардың биологиялық процестерінде биохимиялық заттар арқылы пайда болады.

Азотты тыңайтқыштар

Азотты тыңайтқыштар аммиактан (NH3) жасалады, аммиак Haber-Bosch процесі арқылы өндіріледі. Ол әлі де тыңайтқыш үшін өндіріледі. Нитраттар аммиактан Оствальд процесі арқылы да өндіріледі.

Фосфатты тыңайтқыштар

Фосфатты тыңайтқыштар фосфат тау жыныстарынан алынады, олардың құрамында екі негізгі фосфорлы минерал бар: фторпатити Ca5(PO4)3F (CFA) және гидроксиапатит Ca5(PO4)3OH. Жыл сайын миллиардтаған килограмм фосфат тау жынысы өндіріледі, бірақ қалған кен қорының мөлшері мен сапасы азайып барады. Бұл минералдарды қышқылдармен өңдеу арқылы суда еритін фосфат тұздарына айналдырады. Күкірт қышқылының көп көлемде өндірілуінің басты себебі – осы қолданыс. Нитрофосфат процесі немесе Одда процесі (1927 жылы ойлап табылды) бойынша 20%-ға дейін фосфор (P) қорғанысы бар фосфат тау жынысы азот қышқылымен (HNO3) ерітіліп, фосфор қышқылы (H3PO4) және кальций нитраты (Ca(NO3)2) қоспасы алынады. Бұл қоспаны калий тыңайтқышымен біріктіру арқылы N, P және K үш макроэлементін қамтитын, оңай еритін күрделі тыңайтқыш алуға болады.

Калийлі тыңайтқыштар

Калий – калийлі (химиялық символы: K) тыңайтқыштар жасауға қолданылатын калий минералдарының қоспасы. Калий суда жақсы еритін болғандықтан, кеннен осы қоректік затты алудағы басты еңбек – оны тазарту қадамдарына жұмсалады; мысалы, натрий хлоридін (NaCl) (аспа тұзын) жою. Кейде калийдің мөлшерін сипаттағанда ыңғайлы болу үшін оны K2O деп те атайды. Шындығында, калийлі тыңайтқыштар көбінесе калий хлориді, калий сульфаты, калий карбонаты немесе калий нитраты болып келеді.

Органикалық тыңайтқыштар

"Органикалық тыңайтқыштар" – тірі немесе бұрын тірі материалдардан алынған, биологиялық текті тыңайтқыштарды сипаттауы мүмкін. Органикалық тыңайтқыштар сонымен қатар, "органикалық шаруашылық" және "экологиялық таза" бағбандалық жүйелері қабылдаған талаптар мен шектеулерге сәйкесуге тырысатын, коммерциялық түрде қол жетімді және көбінесе қаптамаланған өнімдерді де сипаттауы мүмкін. Бұл жүйелер синтетикалық тыңайтқыштар мен пестицидтерді қолдануды айтарлықтай шектейді немесе толығымен болдырмайды. "Органикалық тыңайтқыш" өнімдері әдетте, органикалық материалдармен қатар, қоректік тау жыныстарының ұнтақтары, теңіз қабықшаларының (қақа, устрица және т.б.) ұнтақтары, тұқым ұны немесе теңіз балдыры сияқты дайындалған өнімдер, сондай-ақ егілген микроорганизмдер мен олардан алынған заттарды қамтиды. Органикалық текті тыңайтқыштарға (бірінші анықтама) жануарлар қалдықтары, ауыл шаруашылығынан алынған өсімдік қалдықтары, теңіз шөптері, компост және өңделген кәріз сарқындары (биоқаттылар) жатады. Малдың тыңайтқышынан басқа, жануарлардан алынатын өнімдерге жануарларды союдан алынған өнімдер де кіреді – қан ұны, сүйек ұны, қауырсын ұны, тері, есік және мүйіздер мұндай компоненттердің типік мысалдары. Өндіріс үшін қол жетімді органикалық материалдар, мысалы, кәріз сарқындары, қалдық ластаушылар мен қоғамдық пікір сияқты факторларға байланысты, органикалық шаруашылық пен бағбандалықта қабылдана бермейтін компоненттер болуы мүмкін. Екінші жағынан, нарықтағы "органикалық тыңайтқыштар" өңделген органикалық заттарды қамтуы және оларды насихаттауы мүмкін, себебі бұл материалдар тұтынушыларға тартымды. Анықтамасы мен құрамына қарамастан, мұндай өнімдердің көпшілігінде қоректік заттардың концентрациясы төмен болады және оларды анықтау қиын. Олар топырақты жақсарту артықшылықтарын ұсынады және "табиғи" жолмен шаруашылық/бағбандалықпен айналысуға тырысатындар үшін тартымды болуы мүмкін. Көлемдік тұрғыдан қарағанда, торф – ең көп қолданылатын органикалық топырақ түзетушісі. Бұл көмірдің дамымаған түрі, ол топырақты ауамен қамтамасыз ету және суды сіңіру арқылы жақсартады, бірақ өсімдіктерге ешқандай қоректік құндылық бермейді. Сондықтан, мақаланың басында айтылғандай, бұл тыңайтқыш емес, топырақ түзетуші. Кокос талшығы (кокос қабығынан алынған), қабық және арақ топыраққа қосылғанда, торф сияқты (бірақ толыққанды емес) әрекет етеді және шектеулі қоректік құндылығы болғандықтан, органикалық топырақ түзетушілер немесе текстуралаушылар деп саналады. Кейбір органикалық қоспалар қоректік заттарға кері әсер етуі мүмкін – жаңа арақ топырақтың қоректік заттарын ыдыратуы және топырақтың pH деңгейін төмендетуі мүмкін, бірақ осы органикалық текстуралаушылар (сондай-ақ компост және т.б.) катиондық алмасудың жақсаруы немесе белгілі бір өсімдік қоректік заттарының қолжетімділігін арттыратын микроорганизмдердің өсуі арқылы қоректік заттардың қолжетімділігін арттыра алады. Компост және тыңайтқыш сияқты органикалық тыңайтқыштар өнеркәсіптік өндіріске түспей, жергілікті жерде таратылуы мүмкін, бұл нақты тұтынуды сандық тұрғыдан анықтауды қиындатады.

"Organic fertilizers" can describe those fertilizers with a biologic origin—derived from living or formerly living materials. Organic fertilizers can also describe commercially available and frequently packaged products that strive to follow the expectations and restrictions adopted by "organic agriculture" and "environmentally friendly" gardening – related systems of food and plant production that significantly limit or strictly avoid the use of synthetic fertilizers and pesticides. The "organic fertilizer" products typically contain both some organic materials as well as acceptable additives such as nutritive rock powders, ground sea shells (crab, oyster, etc. ), other prepared products such as seed meal or kelp, and cultivated microorganisms and derivatives. Fertilizers of an organic origin (the first definition) include animal wastes, plant wastes from agriculture, seaweed, compost, and treated sewage sludge (biosolids). Beyond manures, animal sources can include products from the slaughter of animals – bloodmeal, bone meal, feather meal, hides, hoofs, and horns all are typical components. Organically derived materials available to industry such as sewage sludge may not be acceptable components of organic farming and gardening, because of factors ranging from residual contaminants to public perception. On the other hand, marketed "organic fertilizers" may include, and promote, processed organics because the materials have consumer appeal. No matter the definition nor composition, most of these products contain less concentrated nutrients, and the nutrients are not as easily quantified. They can offer soil building advantages as well as be appealing to those who are trying to farm / garden more "naturally". In terms of volume, peat is the most widely used packaged organic soil amendment. It is an immature form of coal and improves the soil by aeration and absorbing water but confers no nutritional value to the plants. It is therefore not a fertilizer as defined in the beginning of the article, but rather an amendment. Coir, (derived from coconut husks), bark, and sawdust when added to soil all act similarly (but not identically) to peat and are also considered organic soil amendments – or texturizers – because of their limited nutritive inputs. Some organic additives can have a reverse effect on nutrients – fresh sawdust can consume soil nutrients as it breaks down, and may lower soil pH – but these same organic texturizers (as well as compost, etc.) may increase the availability of nutrients through improved cation exchange, or through increased growth of microorganisms that in turn increase availability of certain plant nutrients. Organic fertilizers such as composts and manures may be distributed locally without going into industry production, making actual consumption more difficult to quantify.

Статистика

+ Азотты тыңайтқыштарды ең көп пайдаланатын елдер Тотальдік N қолданысы (Mt жылына) N азық және жайылым үшін қолданысы (Mt жылына) Қытай 18,7 3,0 Үндістан 11,9 Белгісіз АҚШ 9,1 4,7 Франция 2,5 1,3 Германия 2,0 1,2 Бразилия 1,7 0,7 Канада 1,6 0,9 Түркия 1,5 0,3 Ұлыбритания 1,3 0,9 Мексика 1,3 0,3 Испания 1,2 0,5 Аргентина 0,4 0,1 Қытай азотты тыңайтқыштарды ең көп өндіретін және тұтынушы елге айналды, ал Африка азотты тыңайтқыштарға аз тәуелді. Ауыл шаруашылығы және химиялық минералдар тыңайтқыштардың өнеркәсіптік қолданылуында өте маңызды, олардың құны шамамен 200 миллиард долларға бағаланады. Азоттың әлемдік минералдық пайдалануға әсері зор, одан кейін калий және фосфаттар келеді. Азот өндірісі 1960 жылдан бері күрт өсті. Фосфат пен калийдің бағасы 1960 жылдан бері өсті, бұл тұтыну бағасының индексінен жоғары. Сақтықпен бағалаулар бойынша, егін өнімінің 30-50 пайызы табиғи немесе синтетикалық коммерциялық тыңайтқыштарға байланысты. Тыңайтқыштарды тұтыну АҚШ-тағы егістік жерлердің көлемінен асып түсті. Төмендегі диаграммада Еуропалық Одақ (ЕО) елдерінің тыңайтқыштарды гектарына килограмм (фунт/акр) мөлшерінде тұтынуы көрсетілген. ЕО-да тыңайтқыштарды тұтастай алғандағы тұтыну көлемі 15,9 миллион тоннаны құрайды, ал егістік жердің көлемі 105 миллион гектар (немесе басқа бағалау бойынша 107 миллион гектар). Бұл көрсеткіш еуропалық елдердің бір гектар егістік жеріне орташа есеппен жұмсаған 151 кг тыңайтқышты құрайды.

Қолдану

Тыңайтқыштар барлық дақылдарды өсіру үшін кеңінен қолданылады, қолдану мөлшері топырақтың құнарлылығына байланысты, әдетте топырақ талдауы арқылы анықталып, нақты дақылдың қажеттілігіне сәйкес реттеледі. Мысалы, бұршақ тұқымдас дақылдар атмосферадан азотты сіңіріп алады және әдетте азотты тыңайтқыш қажет етпейді.

Сұйық және қатты

Тыңайтқыштар өсімдіктерге қатты және сұйық түрде қолданылады. Тыңайтқыштардың шамамен 90%-ы қатты күйде қолданылады. Ең көп қолданылатын қатты минералды тыңайтқыштар – карбамид, диаммоний фосфаты және калий хлориді. Қатты тыңайтқыштар көбінесе гранулаланған немесе ұнтақталған болады. Көбінесе қатты тыңайтқыштар домалақ түрінде (прилл) ұсынылады. Сұйық тыңайтқыштар құрамында сусыз аммиак, аммиактың сулы ерітіндісі, аммоний нитратының немесе карбамидтің сулы ерітіндісі болады. Бұл концентрацияланған өнімдерді сумен араластырып, концентрленген сұйық тыңайтқыш (мысалы, УАН) дайындауға болады. Сұйық тыңайтқыштардың артықшылығы – олардың тез әсер етуі және жаюға ыңғайлылығы.

Жапыраққа қолдану

Жапырақша тыңайтқыштары тікелей жапырақтарға қолданылады. Бұл әдіс көбінесе суға ерігіш қарапайым азотты тыңайтқыштарды қолдану үшін пайдаланылады, және әсіресе жеміс-жидектер сияқты құнды дақылдар үшін аса тиімді. Урея – ең көп қолданылатын жапырақша тыңайтқышы. Уреаза тежегіштері уреяның аммиакқа гидролиздік түрленуін баяулату үшін қолданылады, себебі аммиак булануға және нитрификацияға бейім. Уреяның аммиакқа айналуы уреаза деп аталатын ферменттермен катализденеді. Уреазалардың кең таралған тежегіші – N (n-бутил)тиофосфорлы триамид (NBPT).

Ашықтан ұрықтандыру

Тыңайту технологияларын сақтықпен қолдану маңызды, себебі артық қоректік заттар зиян келтіруі мүмкін. Тыңайтқышты тым көп мөлшерде қолданғанда өсімдік күйіп, зақымдануы немесе тіпті өліп қалуы мүмкін. Тыңайтқыштардың күюге бейімділігі шамамен олардың тұздық индексіне сәйкес келеді.

Қоршаған ортаға әсері

Ауыл шаруашылығында қолданылатын синтетикалық тыңайтқыштардың қоршаған ортаға кең ауқымды әсері бар. Климаттың өзгеруі және жер туралы үкіметаралық климаттық өзгерістер жөніндегі кеңестің (IPCC) арнайы баяндамасына сәйкес, осы тыңайтқыштардың өндірісі және оған байланысты жерді пайдалану тәсілдері жаһандық жылынудың себебіне айналуда. Тыңайтқыштарды қолданудың салдарынан бірқатар тікелей экологиялық мәселелер туындады: ауыл шаруашылығы ағынды суларының нәтижесінде мұхиттардағы өлі аймақтардың пайда болуы және су көздерінің ластануы, топырақ микробиомының деградациясы, экожүйелердегі зиянды заттардың жинақталуы. Сонымен қатар, жанама экологиялық әсерлер де бар: Хабер процесінде қолданылатын табиғи газды алу үшін фрекингтің қоршаған ортаға тигізетін зияны, ауыл шаруашылығының дамуы адам санының тез өсуіне ықпал етеді, ал ірі масштабты өнеркәсіптік ауыл шаруашылығы практикасы мекендеу орындарын жоюмен, биологиялық әртүрлілікке қысыммен және ауыл шаруашылығы топырағының тозуымен байланысты. Қоршаған ортаны қорғау және азық-түлік қауіпсіздігін қамтамасыз ету мақсатында халықаралық қауымдастық азық-түлік жүйелерін 2-ші Тұрақты даму мақсатына енгізді, ол климатқа бейімделген және тұрақты азық-түлік өндірісі жүйесін құруға бағытталған. Осы мәселелерді шешуге бағытталған көптеген саясаттар мен ережелер ауыл шаруашылығы практикасын тұрақты немесе жаңаруға бағытталған ауыл шаруашылығы практикасына көшіруге негізделген: бұл синтетикалық тыңайтқыштарды азайтуды, топырақты тиімді басқаруды (мысалы, тікелей егіс) және органикалық тыңайтқыштарды көбірек пайдалануды қамтиды. Фосфатты тау жыныстарын өңдеу барысында өндірілетін әрбір тонна фосфор қышқылынан 5 тонна қалдық пайда болады. Бұл қалдықтар таза емес, пайдасыз, радиоактивті қатты зат – фосфогипс түрінде шығады. Дүние жүзінде жыл сайын 100 миллионнан 280 миллион тоннаға дейін фосфогипс қалдықтары жиналады.

Су

Фосфорлы және азотты тыңайтқыштар жерге, жер беті суларына және жер асты суларына минералдардың қар еріген кезде таралуы және уақыт өте келе жер асты суларына сіңуі салдарынан әсер етеді. Ауыл шаруашылығынан ағып шыққан сулар тұщы сулардың эвтрофикациясына басты себепкер. Мысалы, АҚШ-тағы көлдердің шамамен жартысы эвтрофиялық. Эвтрофикацияға ең көп үлес қосатын фактор – фосфат, ол әдетте шектеулі қоректік зат болып табылады; жоғары концентрациясы цианобактериялар мен балдырлардың өсуін күшейтеді, ал олардың қырылуы оттегін жұмсайды. Тыңайтқыштардың ағып шығуын ауа райына бейімделген тыңайтқыштарды қолдану арқылы азайтуға болады. Халқы бар жағалауларға жақын мұхиттың өлі аймақтарының саны артып келеді. 2006 жылдан бастап Солтүстік-Батыс Еуропа мен АҚШ-та азотты тыңайтқыштардың қолданылуы қатаң бақылауға алынуда. Эвтрофикацияны кері қайтару мүмкін болған жағдайларда да, жер асты суларында жинақталған нитраттарды табиғи процестер арқылы толық ыдырату үшін ондаған жылдар және топырақты күрделі басқару қажет болуы мүмкін.

Нитратпен ластану

Азотты тыңайтқыштардың тек бір бөлігі ғана өсімдік заттарына айналады. Қалғаны топыраққа жиналады немесе ағыс сулармен жойылады. Азотты тыңайтқыштарды көп мөлшерде қолдану және нитраттың суда оңай ерігіштігі жерүсті суларына ағып кетуді және жер асты суларына сіңіп кетуді күшейтеді, соның салдарынан жер асты сулары ластанады. Азотты тыңайтқыштардың (синтетикалық немесе табиғи) артық пайдалануы ерекше зиянды, себебі өсімдіктер сіңіре алмайтын азоттың көп бөлігі оңай сіңіп кететін нитратқа айналады. Жер асты суларында 10 мг/л (10 ppm) жоғары нитрат деңгейі "көк бала синдромын" (туылған метемоглобинемия) тудыруы мүмкін. Тыңайтқыштардағы қоректік заттар, әсіресе нитраттар, топырақтан су арналарына немесе жер асты суларына ағып кетсе, табиғи орта және адам денсаулығы үшін проблемалар тудыруы мүмкін. Ағыс сулар балықтар мен су жануарларының тіршілік ете алмайтын үлкен "өлген аймақтарды" қалдырып, барлық оттегіні пайдаланатын балдырлардың өрбуіне әкелуі мүмкін.

Қышқылдану

Топырақтың қышқылдануы – уақыт өте келе топырақтың pH деңгейінің төмендеп, қышқылға айналу процесі. Топырақтың pH-ы топырақтың қышқылдық немесе сілтілік деңгейін көрсететін өлшем және 0-ден 14-ке дейінгі шкала бойынша анықталады, мұнда 7 – бейтарап шама. pH 7-ден төмен болса, топырақ қышқылды, ал 7-ден жоғары болса, сілтілі немесе негізді болып саналады. Топырақтың қышқылдануы – ауыл шаруашылығы және бағбандалықта маңызды мәселе. Бұл топырақтың уақыт өте қышқылдану процесін білдіреді. Азотты тыңайтқыштар қолданған кезде топырақтың қышқылдануына себеп болуы мүмкін. Бұл қоректік заттардың сіңуінің төмендеуіне алып келуі мүмкін, ал оны әктеу арқылы толықтыруға болады. Бұл тыңайтқыштар аммоний немесе нитрат иондарын бөліп шығарады, олар химиялық реакцияларға түскен кезде топырақты қышқылдандырады. Осы азотты тыңайтқыштар топыраққа қосылғанда, топырақ ерітіндісіндегі сутегі иондарының (H+) концентрациясын арттырып, топырақтың pH деңгейін төмендетеді.

Кадмий

Фосфорлы тыңайтқыштардағы кадмий концентрациясы айтарлықтай өзгереді және мәселе тудыруы мүмкін. Мысалы, моноаммоний фосфат тыңайтқыштарында кадмийдің мөлшері 0,14 мг/кг-дан бастап 50,9 мг/кг-ға дейін болуы мүмкін. Олардың өндірісінде қолданылатын фосфатты тау жынысының құрамында 188 мг/кг-ға дейін кадмий болуы мүмкін (мысалы, Науру және Рождество аралдарындағы кен орындары). Кадмийге жоғары мөлшерде толы тыңайтқыштарды үздіксіз пайдалану топырақ пен өсімдіктерді ластауы мүмкін (Жаңа Зеландияда көрсетілгендей). Еуропалық комиссия фосфатты тыңайтқыштардың кадмий құрамына шектеулер қою мәселесін қарастырды. Фосфорлы тыңайтқыштарды өндірушілер кадмийдің мөлшеріне қарай фосфатты тау жыныстарын таңдайды.

Фтор

Фосфат тау жыныстарында фтордың жоғары деңгейі кездеседі. Осының салдарынан фосфатты тыңайтқыштарды кеңінен қолдану топырақтағы фторидтің концентрациясын арттырды. Топырақ микроорганизмдеріне фтордың тигізетін әсері де мазасыздық тудыруы мүмкін.

Радиоактивті элементтер

Тыңайтқыштардың радиоактивтілігі айтарлықтай өзгереді және олардың бастапқы минералдағы концентрациясына, сондай-ақ тыңайтқыш өндірісі процесіне байланысты. Уран-238 концентрациясы фосфат тау жыныстарында 7-ден 100 pCi/g (пикокюри/грамм) дейін, ал фосфат тыңайтқыштарында 1-ден 67 pCi/g дейін болуы мүмкін. Егер фосфорлы тыңайтқыштардың жоғары жылдық нормалары қолданылса, бұл топырақ пен дренаждық сулардағы уран-238 концентрациясының қалыпты деңгейден бірнеше есе артуына әкелуі мүмкін. Дегенмен, осы артудың тағам арқылы радионуклидтермен зарарланудан адам денсаулығына тигізетін қаупі өте төмен (жылдық 0,05 мсв-ден кем).

Басқа металдар

Болат өнеркәсібінің қалдықтары цинк мөлшерінің жоғары болуына байланысты тыңайтқыштарға қайта өңделеді (цинк өсімдіктердің өсуі үшін өте қажетті), аталған қалдықтарда мынадай улы металдар кездесуі мүмкін: қорғасын, мырыш, кадмий. Бұл зиянды қоспаларды жоюға болады, бірақ бұл өндіріс шығындарын едәуір арттырады. Көбінесе қолданылатын, жоғары тазалықтағы тыңайтқыштар, Miracle Gro сияқты шаруашылықтарда қолданылатын, суда оңай еритін және көк түсті бояуға ие тыңайтқыштар ретінде белгілі. Осындай суға тез еритін тыңайтқыштар өсімдіктер өсіру бизнесінде кеңінен қолданылады және бөлшек сауда бағасымен салыстырғанда үлкен көлемде әлдеқайда арзанға сатылады. Кейбір арзан бағадағы, ұсақ түйіршікті бау-бақша тыңайтқыштары жоғары тазалықтағы құралымдардан жасалған.

Тез байқалғыш минералдардың кемуі

Соңғы 50-60 жыл ішінде көптеген азық-түліктерде темір, мырыш, мыс және магний сияқты элементтердің концентрациясының төмендеуіне назар аударылды. Бұл төмендеудің себептері ретінде көбінесе синтетикалық тыңайтқыштарды қолдануды қоса алғанда, қарқынды егіс шаруашылығы әдістері ұсынылады, ал шешім ретінде органикалық егіс шаруашылығы жиі ұсынылады. Бірақ өлшенген төмендеудің көп бөлігі, бұрынғыдан өнімділігі төмен сорттарға қарағанда, минералдық концентрациясы төмен азық-түліктер беретін, прогрессивті түрде жоғары өнімді сорттарды пайдаланумен байланысты болуы мүмкін. Сондықтан, органикалық егіс шаруашылығы немесе тыңайтқыштарды азайту бұл мәселені шешпейді; жоғары қоректік тығыздығы бар азық-түліктер ескі, төмен өнімді сорттарды пайдалану арқылы немесе жаңа, жоғары өнімді, қоректік заттарға толы сорттарды әзірлеу арқылы қол жеткізілуі мүмкін. Шындығында, тыңайтқыштар микроэлементтердің тапшылығын тудырудан гөрі, оны шешуге көбірек мүмкіндік береді: Батыс Австралияда 1940-1950 жылдары мырыш, мыс, марганец, темір және молибденнің тапшылығы кең аумақты дақылдар мен жайылымдардың өсуін шектейтіні анықталды. Батыс Австралияның топырағы өте ескі, ауа райының әсеріне ұшыраған және көптеген макро және микроэлементтерге қанағаттандырмас деңгейде.

Энергияны тұтыну және тұрақтылық

2004 жылы АҚШ-та аммиак өндірісі үшін 317 миллиард куб фунт табиғи газ жұмсалды, бұл АҚШ-тың табиғи газды жылдық тұтынуының 1,5 пайызынан кем. 2002 жылғы есепте аммиак өндірісі әлемдік табиғи газ тұтынуының шамамен 5 пайызын құрайды, бұл әлемдік энергия өндірісінің 2 пайызынан аз. Аммиак табиғи газ және ауадан өндіріледі. Табиғи газдың бағасы аммиак өндірудің жалпы құнының 90 пайызын құрайды. Соңғы он жылда табиғи газ бағасының өсуі, сондай-ақ сұраныстың артуы сияқты басқа да факторлар тыңайтқыштар бағасының өсуіне әсер етті.

Климаттың өзгеруіне ықпал ету

Азотты тыңайтқыштарды өндіру және қолдану барысында бөлінетін көмірқышқыл газы, метан және азот оксидінің мөлшері, антропогендік парниктік газдар эмиссиясының шамамен 5% құрайды деп есептеледі. Оның үштен бірі өндіріс кезінде, ал қалған екі бөлігі тыңайтқыштарды қолдану кезінде пайда болады. Азотты тыңайтқыштар топырақ бактериялары арқылы парниктік газ – азот оксидіне айналуы мүмкін. 2007-2016 жылдар аралығында адамның қызметінен туындаған азот оксиді эмиссиясы жылына 7 миллион тоннаға бағаланды, бұл жаһандық жылуды 2°C-тан төмен ұстау мақсатына қайшы келеді.

Атмосфера

2012 жылы жылына шамамен 110 миллион тонна (N) азотты тыңайтқыштарды қолдану арқылы, бұрыннан бар реактивті азоттың мөлшеріне қосымша, азот оксиді (N2O) көмірқышқыл газы мен метаннан кейін үшінші ең маңызды парниктік газға айналды. Оның әлемдік жылыну әлеуеті көмірқышқыл газының тең массасынан 296 есе жоғары, сонымен қатар ол стратосфералық озон қабатының азаюына да себеп болады. Процестер мен процедураларды өзгерту арқылы, адамның қызметінен туындаған климаттың өзгеруіне осының барлық әсерін емес, бірақ кейбір әсерлерін жеңілдетуге болады. Аммоний негізіндегі тыңайтқыштар қолданылғанда, егіс далаларынан (әсіресе күріш далаларынан) метан шығарылымдары артады. Метан – қуатты парниктік газ болғандықтан, бұл шығарылымдар жаһандық климаттың өзгеруіне ықпал етеді.

Реттеу

Еуропада су ағынындағы нитраттардың жоғары концентрациясы мәселесі Еуропалық Одақтың Нитраттар жөніндегі директивасымен шешілуде. Ұлыбританияда фермерлер жерлерін «су жиналатын алаптарға сезімтал» шаруашылық жүргізу арқылы тұрақты басқаруға ынталандырылады. АҚШ-та ағынды және дренаждық сулардағы нитрат пен фосфордың жоғары концентрациялары олардың кең таралғандығына байланысты нүктелік емес ластаушылар ретінде жіктеледі; бұл ластану штат деңгейінде реттеледі. АҚШ-тың Орегон және Вашингтон штаттарында тыңайтқыштардың химиялық талдауларын тізімдейтін онлайн дерекқорлары бар тыңайтқыштарды тіркеу бағдарламалары бар. Қытайда ауыл шаруашылығында N тыңайтқыштарын қолдануды бақылауға арналған ережелер енгізілді. 2008 жылы Қытай үкіметі тыңайтқыштарға берілетін субсидияны ішінара тоқтатты, оның ішінде тыңайтқыштарды тасымалдауға, сондай-ақ электр энергиясы мен табиғи газды өнеркәсіпте пайдалануға берілетін субсидиялар да осыған кірді. Салдарынан тыңайтқыштардың бағасы өсті және ірі шаруашылықтар тыңайтқыштарды аз қолдана бастады. Егер ірі шаруашылықтар тыңайтқыштарға субсидияны азайта берсе, олар қолда бар тыңайтқыштарды оңтайландырудан басқа амалдары қалмайды, бұл астық өнімділігінің және пайданың артуына әкеледі. 2022 жылдың наурызында АҚШ Ауыл шаруашылығы министрлігі американдық тыңайтқыш өндірісін дамытуға 250 миллион долларлық грант бөлетінін жариялады. Тауарлық несие корпорациясының бір бөлігі болып табылатын грант бағдарламасы, болашақта бәсекелестікті ынталандыру үшін инновациялық өндіріс әдістерін қолдана отырып, басым тыңайтқыш жеткізушілеріне тәуелсіз және Америкада өндірілген тыңайтқыш өндірісін қолдайды. Ауыл шаруашылығын басқарудың екі түрі бар: органикалық және дәстүрлі ауыл шаруашылығы. Біріншісі жердің құнарлылығын арттыру үшін жергілікті ресурстарды пайдаланады, тиімділікті максималды деңгейге жеткізеді. Органикалық ауыл шаруашылығы синтетикалық агрохимиялық заттарды қолданбайды. Дәстүрлі ауыл шаруашылығы органикалық ауыл шаруашылығында қолданылмаған барлық компоненттерді пайдаланады.