Koszty środowiskowe i społeczne produkcji kukurydzy zmniejszają się po uwzględnieniu niepewności w zaleceniach dotyczących dawek azotu

Dlaczego zbyt duża ilość nawozu ma znaczenie dla nas wszystkich

Współczesne rolnictwo kukurydziane opiera się w dużej mierze na nawozach azotowych, które umożliwiają uzyskanie ziarna przeznaczanego do żywienia ludzi i zwierząt oraz na cele biopaliwowe. Jednak większość tego azotu w ogóle nie trafia do roślin. Zamiast tego ucieka do powietrza i wód, napędzając zmiany klimatu, zanieczyszczając wodę pitną i szkodząc ekosystemom. W badaniu stawiane jest pozornie proste pytanie o dalekosiężnych konsekwencjach: o ile amerykańscy producenci kukurydzy mogliby bezpiecznie ograniczyć nawozy azotowe, jeśli rzetelnie uwzględnimy niepewność w zaleceniach nawożenia?

Problem zmarnowanego azotu

Kukurydza jest zaskakująco nieefektywna w wykorzystaniu azotu. W amerykańskim Pasie Kukurydzianym rolnicy stosują duże ilości nawozów, a mimo to 50–70 procent tego azotu jest tracone z pola. Część jest wymywana jako azotan do rzek i wód gruntowych, sprzyjając zakwitem glonów, tworzeniu stref martwych i zanieczyszczeniu wody pitnej, co wiąże się z wyższym ryzykiem nowotworów i wad wrodzonych. Część ulatnia się jako podtlenek azotu, silny gaz cieplarniany, który również uszkadza warstwę ozonową, lub jako inne gazy azotowe pogarszające smog i zanieczyszczenie drobnymi cząstkami. Produkcja samych nawozów jest energochłonna i zwykle oparta na paliwach kopalnych. Równocześnie wiele pól nie otrzymuje dokładnie odpowiedniej ilości azotu we właściwym czasie, więc plony mogą być jednocześnie przewapnowane i niedożywione.

Przemyślenie „optymalnych” zaleceń nawozowych

Zalecenia nawozowe zwykle podają jedną „najlepszą” dawkę azotu, która maksymalizuje plon (optymalny agronomicznie) lub zysk (optymalny ekonomicznie). W rzeczywistości te liczby są niepewne, ponieważ warunki glebowe, pogoda i wzrost roślin zmieniają się z roku na rok i miejsce do miejsca. Rolnicy zdają sobie z tego sprawę i często dodają dodatkowy azot jako ubezpieczenie przed niekorzystnymi warunkami, przekraczając oficjalne zalecenia. Autorzy wykorzystali szczegółowe doświadczenia polowe z 49 lokalizacji w ośmiu stanach Pasu Kukurydzianego, aby zbudować modele statystyczne reakcji plonów kukurydzy na rosnące dawki azotu. Zamiast traktować optymalną dawkę jako wartość stałą, potraktowali ją jako rozkład prawdopodobieństwa, odzwierciedlając, jak prawdopodobne są różne „najlepsze” dawki w każdej lokalizacji.

Dwa kroki do bezpieczniejszego stosowania azotu

Z takimi rozkładami prawdopodobieństwa zespół zbadał, co by się stało, gdyby rolnicy ograniczyli nawożenie w dwóch etapach. W Fazie I dawki azotu spadają ze średniego poziomu maksymalizującego plon do średniego poziomu maksymalizującego zysk. Sama ta zmiana oszczędza rolnikom pieniądze i zmniejsza zużycie nawozu o około 8 procent, podczas gdy oczekiwana utrata plonu jest mniejsza niż pół procenta — zbyt mała, by miała znaczenie ekonomiczne. W Fazie II posuwają się nieco dalej, obniżając dawki do konserwatywnego punktu na krzywej zysku, gdzie ryzyko straty plonu nadal jest niskie, a ewentualna utrata pozostaje poniżej około 1 procenta. We wszystkich lokalizacjach połączenie obu faz prowadzi do łącznego obniżenia nawożenia o około 12–16 procent, przy spadku plonu od 0,48 do 1,43 procent, a nawet ta niewielka strata nie jest gwarantowana w danym roku.

Czystsze powietrze, bezpieczniejsza woda, realne oszczędności

Aby powiązać te umiarkowane cięcia dawek z rzeczywistymi wynikami, autorzy przeliczyli zmniejszone użycie azotu na zmiany w wymywaniu azotanów, emisjach podtlenku azotu oraz dwutlenku węgla powstającego przy produkcji i transporcie nawozów. Średnio redukcja nawożenia o 12–16 procent obniżyła emisje podtlenku azotu o około 10 procent, straty azotanów o około 13 procent oraz emisje dwutlenku węgla związane z nawozami nawet do 16 procent w rozważanych scenariuszach. Skalując te zmiany na cały Pas Kukurydziany i korzystając z opublikowanych oszacowań społecznych kosztów zanieczyszczeń, autorzy szacują korzyści społeczne rzędu około 230–530 milionów dolarów rocznie tylko z tytułu czystszego powietrza i wody. Te liczby prawdopodobnie zaniżają pełen zakres korzyści, ponieważ nie obejmują wszystkich zanieczyszczeń związanych z azotem ani wpływu na ekosystemy.

Dzieląc ryzyka i korzyści w łańcuchu żywnościowym

Chociaż dalsze obniżenie dawek azotu poza zakres 12–16 procent przyniosłoby jeszcze większe korzyści środowiskowe, ryzyko zauważalnej utraty plonu szybko rośnie, co czyni takie cięcia nieatrakcyjnymi dla rolników, którzy i tak ponoszą większość ryzyka produkcji. Autorzy argumentują, że realistyczna polityka klimatyczna i dotycząca jakości wód musi uwzględniać tę nierównowagę. Narzędzia takie jak rynki kredytów azotowych, zachęty grupowe czy ubezpieczenia od ryzyka nawozowego mogłyby wykorzystać część dużych korzyści publicznych do rekompensowania rolnikom rzadkich strat plonu. Traktując zalecenia nawozowe jako zakresy niepewności zamiast magicznych liczb i dzieląc zarówno ryzyka, jak i korzyści w całym systemie żywnościowym, społeczeństwo może znacząco ograniczyć zanieczyszczenie azotem bez poświęcania bezpieczeństwa żywnościowego.

Cytowanie: Palmero, F., Davidson, E.A., Guan, K. et al. Environmental and societal costs of maize production decrease by addressing the uncertainty in nitrogen rate recommendations. Nat Commun 17, 2375 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68988-y

Słowa kluczowe: nawóz azotowy, produkcja kukurydzy, Pas Kukurydziany, jakość wód, gazy cieplarniane