W

XX wieku liczba ludnoÊci na
kuli ziemskiej wzros∏a czte-
rokrotnie. Aczkolwiek tej

bezprecedensowej ekspansji sprzyja∏o
wiele czynników, to jej kontynuacja by-
∏aby w ostatnim pokoleniu ca∏kiem
niemo˝liwa bez powszechnej, lecz ma-
∏o docenianej syntezy amoniaku. Do-
st´pnoÊç na du˝à skal´ tego zwiàzku
i innych jego pochodnych, skoncentro-
wanych nawozów azotowych, skutecz-
nie znios∏a odwieczne a podstawowe
ograniczenia w produkcji ˝ywnoÊci. Po-
st´p we wspó∏czesnym rolnictwie po-
woduje, ˝e Êrednio bioràc ludnoÊç Êwia-
ta ma dziÊ co jeÊç. Jednak˝e jedyny klucz
do tego stanowi przemys∏ chemiczny
produkujàcy nawozy azotowe.

Dlaczego azot jest tak istotny? W po-

równaniu z w´glem, wodorem i tlenem
ma niewielki udzia∏ w o˝ywionej mate-
rii. Lecz podczas gdy te trzy g∏ówne
sk∏adniki mogà ∏atwo przechodziç z

ogromnych zasobów naturalnych po-
przez wod´ i ˝ywnoÊç spo˝ywanà przez
cz∏owieka do jego tkanek, to azot jest w
wi´kszoÊci „uwi´ziony” w atmosferze
i tylko jego nieznaczna cz´Êç wyst´pu-
je w formie dost´pnej dla roÊlin i zwie-
rzàt oraz w koƒcu dla naszego organi-
zmu. Znaczenia azotu jednak nie sposób
przeceniç. Jest niezb´dny do budowy
czàsteczek DNA i RNA, które przecho-
wujà i przekazujà informacj´ genetycz-
nà, a tak˝e do budowy bia∏ek, tych nie-
zastàpionych przekaêników, recepto-
rów, katalizatorów i sk∏adników struk-
turalnych wszystkich komórek roÊlin
oraz zwierzàt.

Cz∏owiek, podobnie jak inne zwierz´-

ta wy˝sze, nie potrafi syntetyzowaç tych
czàsteczek, u˝ywajàc azotu atmosferycz-
nego, dlatego te˝ musi wykorzystywaç
zwiàzki azotowe z po˝ywienia. Nie ma
innej mo˝liwoÊci, poniewa˝ pewne mi-
nimalne iloÊci azotu (spo˝ywane w po-

staci bia∏ka roÊlinnego lub zwierz´ce-
go) sà nam niezb´dne do w∏aÊciwego
zaspokojenia potrzeb pokarmowych.
Jednak pobieranie azotu z atmosfery
przez roÊliny nie jest prostà sprawà.

Za stosunkowy niedobór dost´pne-

go azotu nale˝y winiç osobliwoÊç che-
micznà tego pierwiastka. Dwuato-
mowe czàsteczki azotu (N

2

) stanowià

78% atmosfery, lecz sà zbyt stabilne,
by ∏atwo przejÊç w form´ dost´pnà dla
roÊlin. To silne wiàzanie mo˝e zostaç
rozbite podczas wy∏adowaƒ atmosfe-
rycznych. Wi´kszoÊç azotu atmosferycz-
nego jest jednak „wiàzana” (dzi´ki roz-
biciu dwuatomowych czàsteczek i
przekszta∏ceniu w reaktywny chemicz-
nie amoniak) przez okreÊlone bakterie.
Najwa˝niejszà grupà bakterii wià˝àcà
wolny azot atmosferyczny sà symbio-
tyczne Rhizobium tworzàce brodawki na
korzeniach roÊlin motylkowatych, ta-
kich jak stràczkowe, oraz drzewach

LudzkoÊç a obieg azotu

Wy˝ywienie Êwiata wymaga obecnie tak wielkich iloÊci nawozów azotowych,

˝e rozmieszczenie zasobów azotu na Ziemi zmienia si´

gwa∏townie, czasem w niebezpieczny sposób

Vaclav Smil

62 Â

WIAT

N

AUKI

Wrzesieƒ 1997

JASON HAWKES

Julian Cotton Photo Library

Â

WIAT

N

AUKI

Wrzesieƒ 1997 63

akacjowych. W mniejszym stopniu azot
asymilujà sinice ˝yjàce wolno lub w
symbiozie z niektórymi roÊlinami.
(Znaczne iloÊci azotu atmosferycznego
wià˝à tak˝e bakterie glebowe z grup:
Azotobacter, Clostridium i Azospirillum –
przyp. t∏um.)

Odwieczny problem

Pobieranie zwiàzanego azotu przez

roÊliny oraz naturalne jego ubytki po-
wodujà wyst´powanie regularnych nie-
doborów tego pierwiastka w glebie. Tra-
dycyjni rolnicy (ze spo∏ecznoÊci przed-
industrialnych) uzupe∏niali straty azotu
resztkami roÊlinnymi oraz odchodami
zwierz´cymi i ludzkimi. Tego rodzaju
materia∏y zawierajà ma∏o azotu, dlatego
rolnicy byli zmuszeni stosowaç du˝e ich
iloÊci, aby pokryç zapotrzebowanie ro-
Êlin. Uprawiano ponadto ∏àcznie ze zbo-
˝ami groch, fasol´, soczewic´ i pozosta-
∏e stràczkowe oraz niektóre inne wy-
brane roÊliny. Bakterie ˝yjàce w ich ko-
rzeniach wià˝à azot atmosferyczny
i wzbogacajà gleby w ten sk∏adnik. Nie-
kiedy uprawa roÊlin motylkowatych
(w Azji paproci, b´dàcych ˝ywicielami
sinic wià˝àcych azot) s∏u˝y∏a wy∏àcznie
do celów nawozowych. Nast´pnie plon
przeorywano jako tzw. nawóz zielony
bez wykorzystywania go na pasz´. Te-
go rodzaju nawo˝enie organiczne w po-
czàtkach XX wieku bardzo szeroko sto-
sowano na nizinach Jawy, w delcie Nilu,
w pó∏nocno-zachodniej Europie (szcze-
gólnie w Holandii) oraz w wielu regio-
nach Japonii i Chin.

Kombinowane nawo˝enie, wykorzy-

stujàce przetworzone odchody zwierz´-
ce i ludzkie z nawozami zielonymi ∏àcz-
nie, powinno w zasadzie wnosiç rocznie
oko∏o 200 kg azotu na 1 ha ziemi upraw-
nej. Dzi´ki temu mo˝na wyprodukowaç
200–250 kg bia∏ka roÊlinnego, co wy-
znacza teoretyczny limit g´stoÊci zalud-
nienia. Hektar dobrej ziemi uprawnej
o w∏aÊciwej wilgotnoÊci w umiarkowa-
nym klimacie pozwalajàcym na ca∏o-
rocznà upraw´ roÊlin powinien wy˝y-
wiç 15 ludzi.

W praktyce w krajach korzystajàcych

tylko z nawo˝enia organicznego g´stoÊç
zaludnienia by∏a jednak znacznie ni˝-
sza. W Chinach w poczàtkach tego wie-
ku Êrednie zaludnienie wynosi∏o 5–6
osób na 1 ha ziemi uprawnej. W tym sa-
mym czasie w Japonii, która wychodzi-
∏a ju˝ z rolnictwa naturalnego, g´stoÊç
zaludnienia by∏a nieznacznie wy˝sza
ni˝ w Chinach. Kraje te jednak trudno
porównywaç ze sobà, poniewa˝ Japoƒ-
czycy wykorzystywali dodatkowo bia∏-
ko ryb morskich. W XIX wieku na ˝y-
znych obszarach pó∏nocno-zachodniej
Europy o ca∏kowicie tradycyjnych meto-
dach uprawy g´stoÊç zaludnienia rów-
nie˝ wynosi∏a oko∏o 5 osób na hektar.

Ograniczenie w praktyce g´stoÊci

zaludnienia do 5 osób na 1 ha ziemi
uprawnej wynika∏o z wielu przyczyn,
a mianowicie: stresów Êrodowiskowych
(wywo∏anych przede wszystkim ostrym
klimatem i szkodnikami) oraz potrzebà
wprowadzenia do upraw roÊlin niekon-
sumpcyjnych, na przyk∏ad w∏óknistych,
czy na potrzeby medycyny itp. Faktycz-

ne trudnoÊci wynika∏y z zamkni´tego
obiegu azotu. Tradycyjne rolnictwo sta-
n´∏o wobec podstawowego problemu,
który by∏ szczególnie dotkliwy w kra-
jach nie dysponujàcych wolnymi obsza-
rami pod pastwiska lub rozszerzanie
upraw. Na takich terenach jedynym
wyjÊciem dla rolników w celu zwi´k-
szenia plonów by∏o stworzenie lokalne-
go obiegu azotu i intensyfikacja upra-
wy nawozów zielonych. Lecz ta stra-
tegia ograniczy∏a produkcj´ ˝ywnoÊci.
Lepszym rozwiàzaniem by∏o wprowa-
dzenie rotacji roÊlin zbo˝owych stano-
wiàcych podstaw´ wy˝ywienia na zmia-
n´ ze stràczkowymi na ziarno. Ale i ten
zabieg, tak pospolity w tradycyjnym rol-
nictwie, ma swoje ograniczenia. RoÊli-
ny stràczkowe plonujà gorzej, sà cz´sto

INTENSYWNA UPRAWA, stosowana na szkockich po-
lach, zale˝y od przemys∏owej produkcji nawozów azoto-
wych wykorzystujàcej technik´, którà wdro˝ono w drugim
dziesi´cioleciu tego wieku. Ten sam proces wykorzystuje
si´ obecnie w zak∏adach amonowych (wstawka) rozmiesz-
czonych na ca∏ym Êwiecie.

LUDNOÂå ÂWIATA (W MILIARDACH)

ZU˚YCIE NAWOZÓW AZOTOWYCH

(W MEGATONACH)

0

1900

1925

1950

1975

1

2

3

4

5

6

LATA

0

20

40

80

100

60

NAG¸Y WZROST globalnego zu˝ycia na-
wozów azotowych zestawiono z jednocze-
snym wzrostem ludnoÊci Êwiata w XX wieku.

BRYAN CHRISTIE

ERIC FREEDMAN

Bruce Coleman Inc.

trudne do strawienia i nie∏atwo z nich
upiec chleb lub wyprodukowaç maka-
ron. W rezultacie tylko kilka gatunków
uprawianych roÊlin mo˝na wykorzy-
staç do zaopatrzenia gleby w azot sta-
rymi metodami.

Pole dzia∏ania dla nauki

W miar´ rozwoju wiedzy chemicznej

XIX-wieczni uczeni zacz´li poznawaç
decydujàcà rol´ azotu w produkcji ˝yw-
noÊci i zrozumieli, ˝e brakuje jego do-
st´pnych form. Stwierdzili ponadto, ˝e
pozosta∏e dwa podstawowe sk∏adniki –
potas i fosfor – limitujà produkcj´ rol-
niczà w znacznie mniejszym stopniu
i ich niedobór o wiele ∏atwiej skory-
gowaç. Wydobycie soli potasowych ze
z∏ó˝ i wykorzystanie jako nawozu nie
stanowi∏o istotnego problemu. Podob-
nie wzbogacenie w fosfor wymaga∏o je-
dynie potraktowania ska∏ fosforytowych
kwasem w celu przekszta∏cenia ich w ∏a-
two rozpuszczalne zwiàzki, które mo-
gà byç pobrane wraz z wodà przez sys-
tem korzeniowy roÊlin. Nie by∏o równie
prostej procedury otrzymywania azotu
i w koƒcu lat osiemdziesiàtych ubieg∏e-
go stulecia zarówno agronomowie, jak
i chemicy zrozumieli nagle, ˝e kryzys
azotowy mo˝e zagra˝aç intensyfikacji
rolnictwa.

ÓwczeÊni specjaliÊci od technologii

rolnej usi∏owali wi´c w ró˝ny sposób
prze∏amaç barier´ azotowà. Zastosowa-
nie nieorganicznych rozpuszczalnych
azotanów (ze ska∏ osadowych odkry-
tych na pustyniach chilijskich), czyli tzw.
saletry chilijskiej, i organicznego guano
(ekskrementów pozostawionych przez
ptaki na bezdeszczowych wyspach
Chincha w Peru) pozwoli∏o czasowo od-
roczyç groêb´ braku azotu w rolnictwie.
Równie˝ odzyskiwanie siarczanu amo-
nu powstajàcego w piecach podczas

przeróbki w´gla na koks do celów me-
talurgicznych zapewni∏o rolnictwu na
pewien czas ten sk∏adnik.

Proces cyjanamidowy zachodzàcy

podczas reakcji koksu z wapnem i czy-
stym azotem pozwoli∏ na produkcj´
zwiàzku zawierajàcego wapƒ, w´giel
i azot – nawozu cyjanamidowego (azot-
niaku – przyp. t∏um.), który wszed∏ do
sprzeda˝y w Niemczech ju˝ w 1898 ro-
ku. Poch∏ania∏ jednak zbyt du˝o ener-
gii, aby mo˝na by∏o jego produkcj´
upraktyczniç. Otrzymywanie tlenków
azotu dzi´ki przedmuchiwaniu dwóch
sk∏adników mieszanki przez ∏uk elek-
tryczny wymaga∏o równie wysokich
nak∏adów energetycznych. Jedynie
Norwegia z jej tanià energià z hydro-
elektrowni ju˝ w 1903 roku zacz´∏a
wytwarzaç nawozy azotowe wed∏ug

powy˝szej procedury, lecz wielkoÊç pro-
dukcji by∏a niska.

Rzeczywisty prze∏om nastàpi∏ wraz

z syntezà amoniaku. Prace nad tym
procesem rozpoczà∏ w 1899 roku Carl
Bosch w przodujàcym niemieckim kon-
cernie chemicznym BASF. Jednak sche-
mat syntezy amoniaku z azotu i wodo-
ru opracowa∏ Fritz Haber z Politechniki
w Karlsruhe w Niemczech. Po∏àczy∏ on
te gazy pod ciÊnieniem 200 atm i w tem-
peraturze 500°C w obecnoÊci osmu i
uranu jako katalizatorów.

Dobra robocza propozycja Habera

skonfrontowana z mo˝liwoÊciami tech-
nologicznymi okaza∏a si´ bardzo trud-
na do realizacji – w tak wysokich ci-
Ênieniu i temperaturze nast´powa∏o
niszczenie wn´trza stalowych komór
reakcyjnych. Dopiero Bosch rozwiàza∏
ten nadzwyczaj trudny problem. Jego
wysi∏ki pozwoli∏y w 1913 roku na uru-
chomienie w Oppau pierwszej fabryki
amoniaku na skal´ handlowà. Przewi-
dywana produkcja w krótkim czasie
uleg∏a podwojeniu do 60 tys. ton rocz-
nie, co pozwoli∏o Niemcom na samo-
wystarczalnoÊç w zakresie zwiàzków
azotowych stosowanych do produkcji
materia∏ów wybuchowych podczas
I wojny Êwiatowej.

Komercjalizacj´ procesów syntezy

Habera–Boscha opóênia∏y trudnoÊci
gospodarcze okresu mi´dzywojennego,
dlatego globalna produkcja amoniaku
nie przekracza∏a rocznie 5 mln t do koƒ-
ca lat czterdziestych. W latach pi´çdzie-
siàtych zu˝ycie nawozów azotowych
stopniowo wzros∏o do 10 mln t rocznie.
Wprowadzone w latach szeÊçdziesià-
tych techniczne udoskonalenia zmniej-
szy∏y o ponad 90% zu˝ycie energii po-
trzebnej do syntezy i pozwoli∏y na
wytwarzanie amoniaku w wi´kszych,
wydajniejszych urzàdzeniach. W wyni-
ku wyk∏adniczego wzrostu popytu na

64 Â

WIAT

N

AUKI

Wrzesieƒ 1997

LICZBA OSÓB NA 1 HEKTAR ZIEMI ORNEJ

0

1800

1850

1900

1950

2000

5

10

15

20

CHINY

EGIPT

HOLANDIA

JAWA

ROK

G¢STOÂå ZALUDNIENIA wyraênie wzro-
s∏a w krajach o intensywnym rolnictwie,
kiedy zacz´to powszechnie stosowaç na-
wozy azotowe.

BRYAN CHRISTIE

ZWIÑZKI AZOTU w biosferze.
Najbardziej powszechna forma
(N

2

) stanowiàca ponad 78% at-

mosfery jest tak silnie zwiàza-
na, ˝e nie uczestniczy w wi´k-
szoÊci reakcji chemicznych.
RoÊliny potrzebujà rzadziej wy-
st´pujàcych reaktywnych form
zwiàzków azotowych, takich
jak amoniak NH

3

i mocznik

CO(NH

2

)

2

. RoÊliny wykorzystu-

jà te zwiàzki do syntezy amino-
kwasów – sk∏adników bia∏ek,
które pe∏nià wielorakie funkcje
w ˝ywych komórkach.

BIOGRAFX

N

2

(CZÑSTECZKA

NH

3

CO(NH

2

)

2

AMINOKWASY

BIA¸KA

AZOTU)

(AMONIAK)

(MOCZNIK)

MODEL
PRZESTRZENNY

UDZIA¸
AZOTU

100%

82%

47%

8%–27%

~16%

ZAWARTOÂå
W BIOSFERZE

10 000

10

0.01

10

1

(W MILIARDACH TON)

AZOT

WODÓR

TLEN

W¢GIEL

SIARKA

nawozy azotowe w koƒcu lat osiem-
dziesiàtych ich produkcja zwi´kszy∏a
si´ oÊmiokrotnie.

Tej zmianie towarzyszy∏o stosun-

kowo szybkie przesuni´cie zu˝ycia azo-
tu pomi´dzy wysoko i nisko rozwini´-
tymi krajami. Jak wynika z obliczeƒ,
w poczàtkach lat szeÊçdziesiàtych bo-
gate kraje zu˝ywa∏y 90% wszystkich na-
wozów, natomiast w latach osiemdzie-
siàtych ich udzia∏ spad∏ poni˝ej 70%.
Âwiat rozwini´ty i rozwijajàcy si´ osià-
gnà∏ stan równowagi w 1988 roku.
Obecnie kraje rozwijajàce si´ zu˝ywajà
ponad 60% produkowanych na Êwiecie
nawozów azotowych.

W jakim stopniu ludzkoÊç uzale˝ni∏a

si´ od produkcji sztucznych nawozów
azotowych? Trudno znaleêç odpowiedê
na to pytanie, poniewa˝ wiedza na te-
mat bilansu azotu w uprawach polo-
wych na Êwiecie jest ma∏o precyzyjna.
Mimo to ostro˝ny szacunek zró˝nico-
wanych nak∏adów wskazuje, ˝e Êwiat
zu˝ywa rocznie 175 mln t azotu na upra-
wy, z czego same roÊliny uprawne wy-
korzystujà oko∏o po∏owy. Mniej wi´cej
40% azotu pobierajà w nawozach sztucz-
nych. Poniewa˝ stanowià one bezpo-
Êrednio (jako pokarm roÊlinny) i poÊred-
nio (jako zwierz´cy) oko∏o 75% ca∏ego
azotu bia∏ka konsumpcyjnego (reszta
pochodzi z ryb, mi´sa i artyku∏ów mlecz-
nych produkowanych przez hodowców
na u˝ytkach zielonych), to jedna trzecia
bia∏ka w diecie ludnoÊci ma êród∏o w
sztucznych nawozach azotowych.

Wynik ten w pewnym stopniu zwi´-

ksza wag´ procesu Habera–Boscha
(syntezy amoniaku). W Europie i Ame-
ryce Pó∏nocnej nawozy azotowe nie sà
konieczne do zapewnienia ludziom
˝ywnoÊci. Intensywne stosowanie na-
wozów sztucznych w tak wysoko roz-
wini´tych krajach wynika z potrzeby

produkcji pasz dla byd∏a, by zaspokoiç
popyt na wysokobia∏kowy produkt
zwierz´cy. Je˝eli nawet w Ameryce Pó∏-
nocnej i Europie konsumpcja bia∏ka
zwierz´cego zmniejszy∏aby si´ Êrednio
o po∏ow´ (dzi´ki sk∏onieniu ludzi do
spo˝ywania mniejszych iloÊci mi´sa), to
i tak wy˝ywienie b´dzie na wystarcza-
jàcym poziomie.

Je˝eli jednak przyjàç, ˝e jedna trzecia

bia∏ka spo˝ywanego przez ludzkoÊç
powstaje dzi´ki stosowaniu nawozów
sztucznych, ich znaczenie jest równie˝
nieco niedoceniane. Egzystencja wielu
krajów przeludnionych o niedostatku
ziemi uprawnej zale˝y wy∏àcznie od na-
wozów sztucznych. Po wyczerpaniu no-
wych obszarów uprawnych i mo˝liwo-
Êci tradycyjnego rolnictwa ludnoÊç tych
krajów b´dzie zmuszona do stosowa-
nia jeszcze wi´kszej iloÊci nawozów
azotowych, nawet je˝eli ich dieta zawie-
ra stosunkowo ma∏o pokarmów mi´-
snych. Ka˝dy kraj produkujàcy rocznie
100 kg bia∏ka na 1 ha znajdzie si´ w tej
grupie. Przyk∏adem mogà byç Chiny,
Egipt, Indonezja, Bangladesz, Pakistan
i Filipiny.

Nadmiar dobrego

Zmasowane wprowadzanie aktyw-

nego azotu do gleb i wód powoduje
wiele zgubnych skutków w Êrodowi-
sku. Problemy dotyczà zarówno lokal-
nej zdrowotnoÊci, jak i globalnych zmian,
i rozciàgajà si´ dos∏ownie od g∏´bszych
warstw gruntów a˝ po stratosfer´. Wy-
soka zawartoÊç azotanów mo˝e stano-
wiç zagro˝enie dla zdrowia, wywo∏u-
jàc methemoglobinemi´ (choroba blue
baby – sinica dzieci´ca) i powiàzania
epidemiologiczne z niektórymi odmia-
nami raka. Wymywanie ∏atwo rozpusz-
czalnych azotanów z obszarów o wyso-

kim nawo˝eniu mo˝e groziç zanie-
czyszczeniem wód gruntowych i po-
wierzchniowych oraz przyczyniaç si´
do dewastacji obszarów rolniczych na
co najmniej 30 lat. Niebezpieczne nagro-
madzenie azotanów wyst´puje najcz´-
Êciej w wodach studziennych w tzw.
pasie kukurydzianym w Stanach Zjed-
noczonych oraz na wielu obszarach Eu-
ropy Zachodniej. St´˝enia azotanów,
których iloÊci przekraczajà wszelkie nor-
my, obserwuje si´ nie tylko w ma∏ych
strumieniach zbierajàcych wod´ z ob-
szarów rolniczych, ale równie˝ w g∏ów-
nych rzekach, takich jak Missisipi i Ren.

Nawozy azotowe dostajàce si´ do sta-

wów, jezior lub zatok oceanicznych po-
wodujà cz´sto eutrofizacj´, czyli wzbo-
gacenie z natury ubogich wód w
sk∏adniki nawozowe. W wyniku tego
glony i sinice mogà si´ rozwijaç bez
ograniczeƒ. Po obumarciu ich stopnio-
wy rozk∏ad pozbawia inne organizmy
tlenu i zmniejsza lub eliminuje populacje
ryb oraz skorupiaków. Plaga eutrofiza-
cji obejmuje swoim zasi´giem Long Is-
land w stanie Nowy Jork, po∏udniowà
Kaliforni´, zatok´ San Francisco, jak
równie˝ znaczne obszary Morza Ba∏tyc-
kiego. Sp∏yw nawozów z pól Queens-
land zagra˝a równie˝ cz´Êci australij-
skiej Wielkiej Rafy Koralowej zarastanej
przez glony.

Problem eutrofizacji powstaje dlate-

go, ˝e rozpuszczalne azotany mogà mi-
growaç na znaczne odleg∏oÊci, natomiast
ich zaleganie tak˝e powoduje k∏opoty,
poniewa˝ przyczynia si´ do zakwasza-
nia znacznych obszarów gleb upraw-
nych. (Gleby sà równie˝ zakwaszane
przez zwiàzki siarki, które powstajà w
trakcie spalania paliw kopalnych, szcze-
gólnie w´gla, i przedostajà si´ do atmo-
sfery.) Dopóki ludzkoÊç nie b´dzie
przeciwdzia∏aç tym negatywnym ten-

Â

WIAT

N

AUKI

Wrzesieƒ 1997 65

BAKTERIE AZOTOWE, drobnoustroje, które przetwarzajà azot atmosferyczny na zwiàzki dost´pne, ˝yjà w brodawkach korzeniowych
roÊlin takich jak soja (a). Mogà równie˝ wyst´powaç w paprociach z rodzaju Azolla (b) i w trzcinie cukrowej (c).

a

b

c

DAN GURAVICH

Photo Researchers, Inc.

JEREMY BURGESS

SPL/Photo Researchers Inc.

KENNETH W. FINK

Bruce Coleman Inc.

dencjom poprzez wapnowanie
gleb, nadmierne zakwaszenie
spowoduje zwi´kszenie strat mi-
kroelementów i uruchomienie
metali ci´˝kich, które przeniknà
z gleb do wód pitnych.

Nadmierne nawo˝enie zagra-

˝a nie tylko glebie i wodzie.
Azot przyczynia si´ równie˝ do
wzrostu iloÊci podtlenku azotu
w atmosferze. St´˝enie tego ga-
zu, spowodowane dzia∏aniem
bakterii azotowych ˝yjàcych
w glebie, jest obecnie jeszcze sto-
sunkowo niskie, ale bierze on
udzia∏ w dwóch ró˝nych i istot-
nych procesach. Reakcja pod-
tlenku azotu z aktywnym tle-
nem przyczynia si´ do nisz-
czenia ozonu w stratosferze
(w której ozon stanowi os∏on´
przed niebezpiecznym promie-
niowaniem ultrafioletowym).
Natomiast w ni˝szej cz´Êci,
troposferze, tlenek azotu wy-
wo∏uje tzw. efekt cieplarniany.
˚ywotnoÊç tlenku azotu w at-
mosferze wynosi ponad 100 lat i
ka˝da jego czàsteczka absorbu-

je w przybli˝eniu oko∏o 200 ra-
zy wi´cej promieniowania ni˝
czàsteczka dwutlenku w´gla.

Jeszcze innà niekorzystnà

zmian´ w atmosferze powo-
duje tlenek azotu wydzielany
przez mikroorganizmy, które
zu˝ytkowujà nawozy azotowe.
Zwiàzek ten (który powstaje
w jeszcze wi´kszych iloÊciach
podczas spalania) reaguje w
obecnoÊci Êwiat∏a s∏oneczne-
go z innymi zanieczyszczenia-
mi, dajàc tzw. fotochemiczny
smog. Podczas gdy depozycja
zwiàzków azotowych dostajà-
cych si´ z atmosfery do gleby
mo˝e wywieraç pozytywny
wp∏yw na u˝ytki zielone (∏àki
i pastwiska) oraz lasy, to ich
du˝e dawki prowadzà niekie-
dy do istotnych zmian w tych
ekosystemach.

Kiedy ludzie zacz´li ko-

rzystaç ze sztucznych nawo-
zów azotowych, nie byli w

stanie przewidzieç ich skut-
ków ubocznych dla Êrodowi-
ska. Nawet dziÊ niekorzystne

66 Â

WIAT

N

AUKI

Wrzesieƒ 1997

WODY

GLEBA

ATMOSFERA

DZIA¸ALNOÂå

CZ¸OWIEKA

ODPADY ORGANICZNE

NO2

NO

NH3, NH4

+

OSADY

NO

3

–

NO3

–

NO2

–

NO3

–

PALIWA KOPALNE

NAWOZY

˚YWNOÂå, W¸ÓKNA,

DREWNO

NH3, NH4

+

GLEBA, MATERIA

ORGANICZNA

DIAZOTROFY

N2

N2O

ROÂLINY

NH4

+

MATERIA

ORGANICZNA

ZASOBY AZOTU wyst´pujà w wodach gruntowych, glebie, atmosferze i okrywie biologicznej. Azot migruje pomi´dzy tymi tymczaso-
wymi punktami spoczynkowymi, przyjmujàc odmienne formy. Wprowadzenie na du˝à skal´ produkcji nawozów zaburzy∏o naturalny
przep∏yw tego sk∏adnika. Niezrównowa˝ony obieg azotu przybiera czasem niepokojàce rozmiary.

EUTROFIZACJA wyst´puje w wodach wzbogaconych w na-
wozy, poniewa˝ azot wspomaga wzrost glonów.

ADRIENNE T. GIBSON

Earth Scenes

BRYAN CHRISTIE

zmiany zawartoÊci tlenków azotu sà
w ma∏ym stopniu brane pod uwag´,
szczególnie w porównaniu ze wzrostem
w atmosferze dwutlenku w´gla. Jednak
zmasowane wprowadzanie aktywnego
azotu, podobnie jak uwalnianie ogrom-
nych iloÊci dwutlenku w´gla z paliw
kopalnych, stanowi niebezpieczny eks-
peryment geochemiczny.

Od nawyku do na∏ogu

Emisj´ dwutlenku w´gla i zwiàzanà

z nià groêb´ globalnego ocieplenia mo˝-
na zmniejszyç przez po∏àczenie rozwià-
zaƒ ekonomicznych i technicznych.
Istotnie, musi nastàpiç odejÊcie od paliw
kopalnych, nawet nie ze wzgl´du na
groêb´ globalnej zmiany klimatu, ale
dlatego ˝e êród∏a te b´dà si´ nieuchron-
nie wyczerpywa∏y i wzrosnà ceny su-
rowców. Nadal jednak brak metod na
zwi´kszenie plonów bez udzia∏u azo-
tu i nie mo˝emy spodziewaç si´ sub-
stytutu syntezy amoniaku metodà Ha-
bera–Boscha.

In˝ynieria genetyczna z powodze-

niem mog∏aby w koƒcu wykreowaç
symbiotycznà bakteri´ z rodzaju Rhizo-
bium, dostarczajàcà azot roÊlinom zbo˝o-
wym, lub bezpoÊrednio wyposa˝yç je
w zdolnoÊç wiàzania azotu. Takie roz-
wiàzania by∏yby idealne, lecz na razie
nie istniejà. Uzale˝nienie od nawozów
azotowych musi wi´c nadal wzrastaç
ze wzgl´du na koniecznoÊç wy˝ywie-
nia dodatkowych miliardów ludzi, któ-
re przyb´dà, zanim w koƒcu liczba lud-
noÊci si´ ustabilizuje.

Wczesna stabilizacja zaludnienia i po-

wszechne przejÊcie na diet´ wegetariaƒ-
skà mog∏yby zmniejszyç zapotrzebo-
wanie na azot. Ale zmiany w tym
zakresie nie sà prawdopodobne. Na-
dziejà na ograniczenie stosowania azo-
tu b´dzie znalezienie bardziej wydaj-
nych sposobów nawo˝enia roÊlin.
Znakomite rezultaty daje monitorowa-
nie przez rolników zawartoÊci w glebie
przyswajalnego azotu w celu optyma-
lizacji czasu jego stosowania. Szereg
Êwiatowych trendów mo˝e jednak
zniweczyç wysi∏ki podejmowane w tym
kierunku. Na przyk∏ad w Ameryce ¸a-

ciƒskiej i Azji bardzo szybko roÊnie pro-
dukcja mi´sa, co zwi´kszy zapotrzebo-
wanie na nawozy azotowe, gdy˝ wy-
tworzenie jednostki bia∏ka zwierz´cego
wymaga trzech do czterech jednostek
bia∏ka roÊlinnego.

Zrozumienie tych realiów pozwala

na w∏aÊciwszà ocen´ perspektyw na-
turalnego rolnictwa. P∏odozmiany, upra-
wa motylkowatych, w∏aÊciwa piel´gna-
cja gleby (która zatrzyma wi´cej azotu)
i recykling odpadów organicznych sà
oczekiwanymi metodami. Lecz te Êrodki
nie zapobiegnà zwi´kszonemu zapo-
trzebowaniu na nawozy azotowe w kra-
jach o niedostatku ziemi uprawnej. Gdy-
by wszyscy rolnicy usi∏owali wróciç do
rolnictwa naturalnego, to bardzo szyb-
ko okaza∏oby si´, ˝e tradycyjne metody
nie sprostajà problemowi wy˝ywienia
obecnej populacji, gdy˝ po prostu nie
ma wystarczajàcej iloÊci krà˝àcego azo-
tu, który pozwoli∏by wyprodukowaç
˝ywnoÊç dla 6 mld ludzi.

Kiedy Szwedzka Akademia Nauk

przyzna∏a w 1919 roku Nagrod´ Nobla
w dziedzinie chemii Fritzowi Habero-
wi, podkreÊlono, ˝e stworzy∏ on niezwy-
kle istotne Êrodki dla rozwoju wspó∏-
czesnego rolnictwa i polepszenia bytu
ludzkoÊci. Nawet tak entuzjastyczne
stwierdzenie wydaje si´ dziÊ niewystar-
czajàce. Obecnie co najmniej 2 mld lu-
dzi ˝yje dzi´ki wytwórniom amoniaku,
poniewa˝ pochodzàcy stamtàd azot via
roÊliny i produkty zwierz´ce stanowi
cz´Êç sk∏adowà ich bia∏ek.

JeÊli nie dojdzie do jakichÊ zadzi-

wiajàcych osiàgni´ç w bioin˝ynierii,
praktycznie ca∏e zapotrzebowanie na
bia∏ko dla kolejnych 2 mld ludzi, któ-
rzy pojawià si´ w okresie nast´pnych
dwóch pokoleƒ, pokryje to samo êród∏o
– synteza amoniaku metodà Habera–Bo-
scha. Tylko w ciàgu jednego pokolenia
ludzkoÊç uzale˝ni∏a si´ od chemików.

T∏umaczy∏

Zygmunt Brogowski

Â

WIAT

N

AUKI

Wrzesieƒ 1997 67

Dziwne losy Fritza Habera

˚

ycie Fritza Habera by∏o szczególnie tragiczne, mimo
˝e w 1919 roku otrzyma∏ Nagrod´ Nobla za syntez´

amoniaku. Jako dyrektor Kaiser-Wilhelm-Institut für
Physikalische Chemie
podczas I wojny Êwia-
towej opracowa∏ me-
tod´ wykorzystania
gazowego chloru dla
armii niemieckiej. Wie-
rzy∏, ˝e ta okropna
broƒ przyspieszy zwy-
ci´stwo i ograniczy
cierpienia ludzi. Nie
wszyscy podzielali je-
go poglàd. W przed-
dzieƒ u˝ycia tego ga-
zu na wojskach alian-

ckich w 1915 roku ˝ona Habera, dr´czona przera-
˝ajàcà myÊlà o wk∏adzie swego m´˝a w wojn´, po-
pe∏ni∏a samobójstwo. Po zawieszeniu broni alianci
uznali Habera za zbrodniarza wojennego. Haber si´
za∏ama∏, lecz kontynuowa∏ rozpocz´te badania.
Kiedy w nazistowskich Niemczech nasili∏ si´ anty-
semityzm, ten ˝ydowski uczony uciek∏ i osiedli∏ si´
w Anglii. Zmar∏ w Bazylei w Szwajcarii w 1934 roku.

FRITZ HABER

otrzyma∏ Nagrod´ Nobla

w dziedzinie chemii, choç

wczeÊniej uznano go

za zbrodniarza wojennego.

ATAKI GAZOWE

podczas I wojny Êwiatowej

spowodowa∏y ogromne

straty wÊród aliantów.

Literatura uzupe∏niajàca

POPULATION GROWTH AND NITROGEN: AN EXPLORATION OF A CRITICAL EXISTENTIAL LINK

. Vaclav Smil,

Population and Development Review, vol. 17, nr 4, ss. 569-601, XII/1991.

NITROGEN FIXATION: ANTHROPOGENIC ENHANCEMENT – ENVIRONMENTAL RESPONSE

. James N. Galloway,

William H. Schlesinger, Hiram Levy II, Anthony Michaels i Jerald L. Schnoor, Global Biogeoche-

mical Cycles, vol. 9, nr 2, ss. 235-252., VI/1995.

NITROGEN POLLUTION IN THE EUROPEAN UNION: ORIGINS AND PROPOSED SOLUTIONS

. Ester van der Voet, Re-

ne Kleijn i Udo de Haes, Environmental Conservation, vol. 23, nr 2, ss. 120-132, 1996.

CYCLES OF LIFE: CIVILIZATION AND THE BIOSPHERE

. Vaclav Smil; Scientific American Library,

W. H. Freeman and Company, 1997.

Informacje o autorze

VACLAV SMIL studiowa∏ na Karlova-

Universita w Pradze w Czechach i w

Pennsylvania State University. Jest obec-

nie profesorem na Wydziale Geografii

w University of Manitoba w Kanadzie.

Interdyscyplinarne badania Smila doty-

czà powiàzaƒ pomi´dzy Êrodowiskiem,

energià, ˝ywnoÊcià, zaludnieniem, go-

spodarkà i administracjà publicznà.

UPI/CORBIS – BETTMANN

CORBIS–BETTMANN