Ramowy model do oszacowania bilansu azotu w oborniku i potencjału recyklingu dla warunków obecnych i przyszłych w USA

Przekształcanie odpadów z gospodarstw w ukryte zasoby

W całych Stanach Zjednoczonych corocznie powstają ogromne ilości obornika w miarę hodowli bydła, świń i drobiu na mięso i produkty mleczne. Ten obornik jest bogaty w azot, kluczowy składnik odżywczy niezbędny do wzrostu roślin. Mimo to wiele z niego jest marnowane, a rolnicy kupują duże ilości syntetycznych nawozów produkowanych z paliw kopalnych. W tym badaniu zadano proste, ale istotne pytanie: jaka część tego obornika mogłaby realistycznie zostać ponownie wykorzystana na polach dziś i w przyszłości, i co by to oznaczało dla produkcji żywności oraz zanieczyszczeń?

Dlaczego liczenie składników odżywczych jest tak mylące

Naukowcy od dawna próbują mierzyć „bilans obornika” w systemach rolniczych — czy obornik dostarcza więcej składników odżywczych, niż rośliny potrafią wykorzystać, czy też znacznie mniej. Jednak wcześniejsze badania stosowały różne założenia dotyczące odsetka obornika, który da się zebrać, strat podczas magazynowania oraz efektywności wykorzystania azotu przez rośliny. W rezultacie szacunki dla Stanów Zjednoczonych wahały się szeroko, od niewielkiej nadwyżki po ogromny deficyt. Autorzy tej pracy ponownie i starannie zastosowali sześć z tych metod, używając tych samych danych krajowych, pokazując, że rozbieżności wynikają w dużej mierze z niespójnych definicji, a nie z samych danych. Taka niespójność utrudnia decydentom i rolnikom ustalenie, gdzie obornik może bezpiecznie zastąpić nawozy, a gdzie nie.

Jasny model recyklingu obornika

Aby przejść przez to zamieszanie, zespół proponuje nowy model oparty na kilku jasno zdefiniowanych miarach. Po stronie obornika rozróżniają trzy poziomy: całkowity azot wydalany przez zwierzęta trzymane w oborach; część, którą dałoby się odzyskać przy użyciu obecnych technologii zbiórki i magazynowania; oraz mniejszą ilość, która — według badań ankietowych — jest rzeczywiście aplikowana na pola uprawne dzisiaj. Po stronie upraw szacują, ile azotu rośliny faktycznie potrzebują, po uwzględnieniu naturalnych źródeł, takich jak rośliny wiążące azot oraz woda opadowa i nawadniająca. Następnie obliczają zapotrzebowanie roślin przy obecnych praktykach rolniczych oraz w scenariuszu poprawionej efektywności wykorzystania azotu przez uprawy.

Jak duża jest luka dziś?

Zastosowanie tego modelu do sąsiadujących stanów USA pokazuje, że wykorzystanie obornika jest dalekie od pokrycia potrzeb roślin. Tylko około jednej piątej azotu wydalanego przez zwierzęta utrzymywane w zamknięciu jest obecnie rozprowadzana na gruntach uprawnych. W porównaniu z wymaganiami roślin kraj pozostaje z dużym deficytem, który obecnie jest wypełniany głównie przez nawozy syntetyczne. Nawet przy założeniu pełnego wdrożenia najlepszych obecnych systemów gospodarowania obornikiem deficyt maleje tylko nieznacznie, ponieważ tak dużo azotu i tak ucieka po drodze lub nigdy nie jest zebrane. Autorzy stwierdzają również, że gdyby rolnicy próbowali dostarczać więcej azotu wyłącznie z obornika, często kończyłoby się to nadmiernym dostarczaniem fosforu — innego składnika, który może powodować zanieczyszczenie wód, gdy akumuluje się w glebach.

Co mogą zmienić lepsze technologie i mądrzejsze rolnictwo?

W dalszej części badania analizowano, co mogłoby być możliwe przy poprawionej odzyskiwalności obornika oraz lepszym zarządzaniu uprawami. Nowe lub szerzej stosowane technologie mogłyby umożliwić wychwycenie i wykorzystanie niemal całego obornika od zwierząt w zamknięciu, ostro zwiększając dostawy składników odżywczych z tego źródła. Równocześnie podniesienie efektywności wykorzystania azotu przez rośliny — bliżej poziomów osiąganych już w niektórych dobrze zarządzanych systemach — zmniejszyłoby ogólne zapotrzebowanie na azot. Połączenie tych dwóch strategii mogłoby zmniejszyć krajowe zużycie syntetycznych nawozów azotowych o ponad połowę. Jednak ponieważ obornik często zawiera więcej fosforu niż potrzeba uprawom, część dodatkowego obornika nadal wymagałaby specjalnego oczyszczania w celu usunięcia fosforu lub transportu do innych regionów.

Różne potrzeby w różnych miejscach

Analiza na poziomie każdego hrabstwa w kraju pokazuje, że wyzwania związane z obornikiem są wysoce lokalne. Niewielka liczba hrabstw o gęstej koncentracji działalności hodowlanej już dysponuje większą ilością azotu z obornika niż ich uprawy potrafią bezpiecznie wykorzystać i muszą przesyłać składniki odżywcze poza region lub ograniczyć wielkość stad. Kilkaset innych hrabstw mogłoby, przy lepszym zbieraniu obornika, transporcie lub efektywności upraw, zaspokoić całe swoje lokalne zapotrzebowanie na azot dla roślin. Jednak większość kraju nadal będzie polegać na pewnej ilości nawozów syntetycznych, ponieważ produkcja roślin znacznie przewyższa liczbę zwierząt w pobliżu. Dopasowanie tych wzorców do konkretnych opcji zarządzania — takich jak poprawa systemów magazynowania, inwestycje w transport czy przeprojektowanie obszarów hodowli — może pomóc planistom i rolnikom w priorytetyzacji działań.

Droga ku czystszej, wydajniejszej produkcji rolnej

Dla osób niezwiązanych ze specjalistyczną dziedziną kluczowe przesłanie jest takie: obornik jest jednocześnie problemem i zmarnowaną szansą. Niewłaściwie stosowany, uwalnia azot i fosfor do powietrza i wody, przyczyniając się do zmian klimatu, smogu i martwych stref w jeziorach oraz wodach przybrzeżnych. Wykorzystany rozważnie, może zastąpić dużą część nawozów przemysłowych i wspierać zdrowsze gleby. To badanie oferuje przejrzysty sposób pomiaru, gdzie stoimy i jak daleko możemy dojść w warunkach obecnych i przyszłych. Autorzy konkludują, że przy lepszych danych, technologiach i politykach Stany Zjednoczone mogłyby przekształcić znacznie więcej odpadów zwierzęcych w cenny zasób, obniżając koszty nawozów i redukując zanieczyszczenia — ale sam obornik nie zastąpi całkowicie nawozów syntetycznych, więc recykling składników odżywczych i mądrzejsze stosowanie nawozów muszą iść naprzód równolegle.

Cytowanie: Wang, Y., Zhang, X., Spiegal, S. et al. A framework for estimating manure nitrogen balance and recycling potential for current and future conditions in the USA. Nat Food 7, 260–271 (2026). https://doi.org/10.1038/s43016-026-01312-5

Słowa kluczowe: recykling obornika, bilans azotu, nawóz syntetyczny, rolnictwo zrównoważone, zanieczyszczenie składnikami odżywczymi