Współzależność urbanizacji i modernizacji rolnictwa kształtuje wykorzystanie azotu na światowych gruntach uprawnych

Dlaczego miasta i gospodarstwa opowiadają tę samą historię

W miarę jak coraz więcej ludzi przeprowadza się do miast, łatwo zapomnieć, że ich żywność wciąż pochodzi z odległych pól. Niniejsze badanie analizuje, jak rozwijające się miasta po cichu zmieniają sposób, w jaki rolnicy na świecie stosują nawozy azotowe — kluczowy składnik zwiększający plony, ale też mogący zanieczyszczać powietrze i wodę. Śledząc sześć dekad danych z 139 krajów, autorzy pokazują, że nie ma jednej drogi umożliwiającej jednoczesne wyżywienie ludzi i ochronę środowiska. Zamiast tego wpływ wzrostu miast na rolnictwo zależy od stopnia modernizacji gospodarstw i od zamożności kraju.

Jak azot stał się zarówno pomocnikiem, jak i zagrożeniem

Współczesne rolnictwo opiera się na nawozach azotowych, aby uzyskać więcej żywności z każdego hektara. Od 1961 roku ilość nawozów azotowych stosowanych na światowych gruntach uprawnych wzrosła ponad siedmiokrotnie, a średnia ilość azotu zebrana w plonach na hektar potroiła się. Boom ten pomógł zabezpieczyć dostawy żywności w wielu regionach, zwłaszcza w Chinach, Indiach, Europie i Ameryce Północnej, gdzie lepsze odmiany roślin i ulepszone zarządzanie podniosły plony. Jednak stosowanie nawozów często rosło szybciej niż zbiory, więc mniejsza część aplikowanego azotu trafiała do roślin. Globalna efektywność wykorzystania azotu spadła z około 45 procent w latach 60. do około 35 procent w latach 90., po czym znów wzrosła do około 45 procent w latach 20. XXI wieku, głównie dzięki lepszemu zarządzaniu w bogatszych krajach.

Nierównomierny postęp na świecie

Za tymi globalnymi średnimi kryją się bardzo różne regionalne historie. W części Azji Środkowej plony azotowe zatrzymały się lub nawet spadły po załamaniu systemów rolnych z czasów ZSRR, gdy subsydia zniknęły, a sieci nawadniające podupadły. Dla kontrastu, kraje takie jak Dania i Holandia zdołały podnieść plony azotowe przy jednoczesnym ograniczeniu użycia nawozów dzięki wdrożeniu rolnictwa precyzyjnego. Szybko uprzemysławiające się kraje, takie jak Chiny i Indie, przez długie okresy odnotowywały wzrost stosowania nawozów szybszy niż wzrost plonów, co obniżało efektywność i zwiększało straty azotu. Te wzorce podkreślają, jak wzrost miast, przejścia gospodarcze i lokalne polityki mogą wzmacniać lub osłabiać związek między nakładami nawozowymi a użytecznymi zbiorami.

Kiedy wzrost miast pomaga, a kiedy szkodzi wydajności gospodarstw

Autorzy wykraczają poza proste średnie, pytając, jak efekty urbanizacji zmieniają się w miarę bogacenia się krajów i modernizacji gospodarstw. Używając dynamicznego modelu statystycznego, rozdzielają bezpośredni wpływ rosnącej populacji miejskiej od pośrednich ról wielkości gospodarstw, stosowania maszyn i nawadniania. W biedniejszych krajach każdy etap urbanizacji zwykle zwiększa stosowanie nawozów bez wyraźnej poprawy plonów lub efektywności. W miarę jak ludzie opuszczają wieś i pola się fragmentaryzują, małe gospodarstwa mają trudności z zakupem maszyn i technologii, więc większe dawki nawozów przynoszą jedynie skromne korzyści. Większe gospodarstwa mogą złagodzić te wczesne straty, bo mechanizacja staje się opłacalna, ale korzyść ta jest ograniczona tam, gdzie kredyt, infrastruktura i rynki są słabe.

Nowoczesne narzędzia zmieniają zasady gry

W krajach, które osiągają poziom średniego dochodu, obraz ulega zmianie. Tam lepsze nawadnianie i mechanizacja zaczynają zmniejszać zapotrzebowanie na nawozy i mogą poprawiać efektywność wykorzystania azotu, lecz pojawiają się kompromisy. Inwestycje w nawadnianie często pomagają rolnikom korzystać z azotu skuteczniej i ograniczać zapotrzebowanie na nawozy, lecz mogą też hamować wzrost plonów, jeśli nie idą w parze z odpowiednimi maszynami i zarządzaniem. W krajach już zamożnych, gdzie gospodarstwa są zwykle duże i dobrze wyposażone, dalsze powiększanie areału przynosi niewiele korzyści, a może nawet zaszkodzić plonom i efektywności. Zamiast tego precyzyjne technologie, takie jak zaawansowane maszyny i wydajne systemy nawadniania, stają się głównymi narzędziami pozwalającymi wysoko zurbanizowanym społeczeństwom utrzymać straty azotu pod kontrolą przy jednoczesnym zachowaniu produkcji.

Nie ma jednego przepisu na zrównoważone rolnictwo

Główne przesłanie badania jest takie, że urbanizacja nie pomaga ani nie szkodzi rolnictwu automatycznie; jej skutki zależą od momentu, poziomu dochodów i sposobu, w jaki przebiega modernizacja. W biednych krajach polityki łączące umiarkowaną konsolidację gruntów z dostępem do odpowiednich maszyn i środków mogą zapobiec temu, by wczesna urbanizacja podkopywała zbiory. Kraje o średnich dochodach potrzebują zrównoważonych strategii, które wykorzystają nawadnianie i mechanizację do ograniczania marnotrawstwa nawozów bez poświęcania plonów. Zamożne państwa powinny mniej koncentrować się na powiększaniu gospodarstw, a bardziej na technologiach precyzyjnych i recyklingu składników odżywczych. We wszystkich przypadkach sprytne połączenia gospodarowania ziemią, maszyn i kontroli wody mogą przekształcić rozwój miast w siłę wspierającą zarówno bezpieczeństwo żywnościowe, jak i czystsze środowisko.

Cytowanie: Wang, S., Zhang, X., Deng, O. et al. Interplay of urbanization and agricultural modernization shapes nitrogen use in global croplands. Nat Commun 17, 4524 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71251-z

Słowa kluczowe: urbanizacja, nawóz azotowy, plony, modernizacja rolnictwa, systemy żywnościowe