¿Cómo reducir las emisiones de óxido nitroso de la agricultura?

Aunque el óxido nitroso (N₂O) no está en las noticias tanto como el dióxido de carbono, ha estado desempeñando un papel importante en segundo plano. El N₂O existe como un producto de fertilizantes químicos y estiércol de ganado, así como en el suelo. Es 300 veces más potente como gas de efecto invernadero que el CO₂ y puede persistir en la atmósfera por más de 100 años. Más allá de calentar la atmósfera, el óxido nitroso también afecta la calidad del aire y la degradación de la capa de ozono. El N₂O es la mayor oportunidad para que la agricultura piense de manera diferente sobre un problema climático.

Este blog explora cómo las prácticas mejoradas de gestión de nutrientes, las tecnologías de precisión y el monitoreo del aire en tiempo real pueden “transformar” las granjas en soluciones climáticas. Desde aplicaciones de fertilizantes específicas para el sitio utilizando tecnología GPS hasta sensores de humedad del suelo para gestionar de manera sostenible los fertilizantes aplicados a la tierra, cada nueva tecnología agrícola acerca a la industria a los objetivos de productividad y emisiones.

Descubrir cómo y por qué se produce el óxido nitroso es un buen comienzo; usar esa información en la práctica es cómo la agricultura se convertirá en parte de la solución climática.

¿Qué pasaría si el fertilizante que nutre al planeta también lo está calentando en silencio? El óxido nitroso (N₂O), relativamente desconocido junto con el dióxido de carbono y el metano, es un gas de efecto invernadero que es casi 300 veces más potente que el CO₂ y puede durar en el medio ambiente más de un siglo. Gran parte proviene del suelo que nos alimenta, debido al uso de fertilizantes, la aplicación de estiércol y la agricultura intensiva.

A medida que crece la demanda de alimentos, también lo harán las emisiones de N₂O. Este es un problema que se cruza cambio climático y calidad del aire.El gas atrapa el calor pero también influye en la delicada química de nuestra atmósfera, lo que lleva a la degradación del ozono en la atmósfera superior y a la formación de smog en la atmósfera inferior.

Abordar el problema requiere que la agricultura sea más inteligente, apoyándose en una intersección de ciencia, datos y tecnología para alimentarnos sin alimentar la crisis climática.

Junto con fuentes naturales, el N₂O es emitido por la agricultura inducida por humanos, que representa más emisiones de N₂O que cualquier otra actividad humana (la agricultura representa casi tres cuartos de las emisiones globales de N₂O). La mayoría de las emisiones de óxido nitroso de la agricultura provienen del uso de fertilizante nitrogenado y procesos microbianos en el suelo. Debido a que los agricultores deben aplicar más nitrógeno sintético o estiércol orgánico del que la cosecha puede absorber, el nitrógeno en exceso no aumenta la productividad. En cambio, se transforma por procesos biológicos llamados nitrificación y desnitrificación en gas óxido nitroso como un subproducto de la actividad microbiana en el suelo, lo que conduce a fluctuaciones de N₂O en la atmósfera.

El uso excesivo de fertilizante nitrogenado es una fuente primaria de emisiones de óxido nitroso agrícola. Por ejemplo, en las regiones productivas del mundo, como India y China, y el Medio Oeste de EE. UU., las tasas de aplicación de urea y nitrato de amonio a menudo superan el nitrógeno que puede ser absorbido por la cosecha. El nitrógeno en exceso de la urea o del nitrato de amonio no se utiliza para aumentar la productividad; en cambio, se convierte en óxido nitroso, que es un potente GHG con un potencial de calentamiento aproximadamente 300 veces mayor que el del dióxido de carbono.

Las emisiones de óxido nitroso también pueden resultar de otras prácticas agrícolas además del fertilizante. Se encontraron altas emisiones en la gestión de estiércol en la granja, donde los desechos animales se descomponen con oxígeno limitado. La quema de residuos de cultivos, el cultivo de arroz inundado, y la irrigación también pueden aumentar las emisiones porque la humedad involucrada con la materia orgánica fomenta flujos de N₂O aumentados impulsados por la química de la transformación del nitrógeno en óxido nitroso. Finalmente, condiciones como irrigación deficiente también elevaron el nitrógeno gaseoso del suelo (que, a su vez, alteró los niveles de oxígeno en el suelo, aumentando así la tasa de bacterias que promueven el N₂O).

Aunque el óxido nitroso (N₂O) a menudo se ve únicamente como un gas de efecto invernadero, también afecta la calidad del aire, la química atmosférica y el clima. Desde una perspectiva del cambio climático, hay un vínculo claro entre el aumento de los niveles de N₂O y la intensificación agrícola. Una vez emitido, puede transferir calor con facilidad, prolongando el calentamiento. El óxido nitroso también actúa, a diferencia del CO₂ o el metano, como un importante depletor de ozono una vez que se emitió en la estratósfera, donde se descompone en compuestos nitrogenados reactivos que destruyen el ozono.

En cuanto a la calidad del aire, el óxido nitroso interactúa con otros contaminantes del aire, impulsado por mediciones químicas que influyen en varios aspectos de la calidad del aire. Si bien no es una amenaza directa para la salud humana a concentraciones ambientales de N₂O, el gas contribuye a la formación de ozono a nivel del suelo, un contaminante relacionado con problemas de salud en los cultivos y respiratorios. En áreas con alta aplicación de fertilizantes y producción ganadera, a menudo se observan concentraciones más altas de N₂O junto con amoníaco y óxidos de nitrógeno (NOₓ). Estas condiciones pueden resultar en smog localizado y la formación de particulados secundarios.

Colectivamente, estos efectos destacan la necesidad de considerar el N₂O junto con el CO₂ y el metano. Tiene consecuencias sutiles tanto en el equilibrio térmico de nuestro planeta como en el aire que respiramos todos los días. Por lo tanto, conecta la producción agrícola y su relación igualmente importante con la estabilidad climática y la calidad del aire.

Lograr reducciones adecuadas de emisiones comienza con mediciones precisas. En este contexto, las soluciones de monitoreo de la calidad del aire para sitios agrícolas pueden ayudar a medir compuestos de nitrógeno en tiempo real, revelando cuándo y dónde los picos de emisiones de óxido nitroso (N₂O) ocurren, a menudo en los días posteriores a la aplicación de fertilizantes o estiércol.

Además de medir óxido nitroso, el monitoreo en tiempo real de compuestos de nitrógeno proporciona información sobre las emisiones de gases relacionados, como el amoníaco (NH₃) y los óxidos de nitrógeno (NOₓ), que pueden indicar la salud del suelo y la eficiencia del fertilizante. Colectivamente, los datos sobre óxido nitroso y emisiones de gases relacionados pueden proporcionar a los agricultores evidencia científicamente fundamentada para ayudarlos a decidir cómo reducir los gases de efecto invernadero y los contaminantes del aire asociados con la agricultura.

Con plataformas sofisticadas como las que está desarrollando Oizom, estos datos pueden guiar acciones que hagan que las emisiones invisibles sean medibles en el progreso hacia prácticas agrícolas más limpias y más inteligentes en relación con el clima.

La gestión efectiva del nitrógeno es el primer paso para reducir las emisiones de óxido nitroso. Al usar fertilización de precisión, aplicaciones divididas, y fertilizantes de liberación lenta, los cultivos pueden absorber más nitrógeno, reduciendo la pérdida de nitrógeno como gas. Mantener suelos saludables también ayuda a reducir las emisiones. Utilizar cultivos de cobertura, rotación de cultivos, y drenaje adecuado puede limitar la actividad de los microbios desnitrificadores a un mínimo en los suelos y mantener el equilibrio de oxígeno.

En sistemas ganaderos, mejorar la gestión del estiércol a través de compostaje o producción de biogás reduce las emisiones de desechos. Optimizar el horario de riego evitará el exceso de humedad que causa emisiones de gas o mejorará la retención de agua. Cuando se usan juntas, estas prácticas sencillas pueden aumentar la productividad, mitigar las emisiones agrícolas y mejorar la salud del clima.

El sector agrícola está avanzando en su capacidad para gestionar las emisiones de óxido nitroso (N₂O) a través de tecnologías modernas. La presencia de herramientas de agricultura de precisión, como aplicadores guiados por GPS, mapas de nutrientes basados en drones y portales en línea para compartir recomendaciones de nutrientes, apoya la aplicación de fertilizantes solo en los campos que los necesitan, lo que mitiga el potencial de exceso de nitrógeno en los suelos. Cada una de estas herramientas es importante para ayudar a los agricultores a utilizar inhibidores de nitrificación y fertilizantes de eficiencia mejorada para ralentizar la conversión de nitrógeno en los fondos y minimizar las emisiones de N₂O sin comprometer la productividad.

Además, con la aparición de la tecnología de sensores de suelo basada en IoT y los sistemas de riego automatizados, los agricultores pueden mantener niveles ideales de humedad y aire, y evitar la desnitrificación, lo que a su vez ayuda a minimizar las emisiones. En países como los Países Bajos y Japón, los agricultores ya están utilizando modelos de nutrientes impulsados por IA para calcular estadísticas para predecir la aplicación de fertilizantes, el riesgo de emisiones y el uso de precisión.

Con dispositivos de monitoreo de calidad del aire como los de Oizom comprometidos con estas tecnologías, se puede establecer un bucle de retroalimentación para apoyar a la industria agrícola en el camino hacia la precisión, la eficiencia y la medición de acciones climáticas.

La contribución de la agricultura a las emisiones de óxido nitroso (N₂O) es obvia, pero también lo es su potencial para ser parte de las soluciones climáticas y de calidad del aire. La agricultura de bajas emisiones ya se está realizando a través de mejores aplicaciones de fertilizantes, una mejor salud del suelo, tecnologías de precisión y monitoreo en la granja. El próximo desafío será llevar a los agricultores por el camino de la agricultura de bajas emisiones como la nueva norma, para que cada agricultor comience a aprovechar los beneficios de los datos, la eficiencia y el cuidado del medio ambiente en el uso diario.

Los innovadores en tecnologías de monitoreo ayudarán a la agricultura a aprovechar sistemas y procesos informados por datos que apoyen la remediación y la implementación de prácticas agrícolas que pueden aumentar la producción de alimentos mientras mejoran la degradación del medio ambiente, o romper la dependencia de la agricultura del clima.