ปุ๋ย( อังกฤษอเมริกัน ) หรือปุ๋ย ( อังกฤษอังกฤษ ) คือ วัสดุใดๆ ที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติหรือสังเคราะห์ที่นำไปใช้กับดินหรือเนื้อเยื่อพืชเพื่อให้สารอาหารแก่พืชปุ๋ยอาจแตกต่างจากวัสดุปรับสภาพดิน หรือ สารปรับปรุงดินที่ไม่มีสารอาหารอื่นๆมีแหล่งปุ๋ยมากมาย ทั้งจากธรรมชาติและจากอุตสาหกรรม[1]สำหรับแนวทางการเกษตรสมัยใหม่ส่วนใหญ่ การใส่ปุ๋ยจะเน้นที่ธาตุอาหารหลักสามชนิด ได้แก่ไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) และโพแทสเซียม (K) โดยอาจมีการเติมสารเสริม เช่นแป้งกรวดเพื่อให้ได้ธาตุอาหารรองเป็นครั้งคราว เกษตรกรใช้ปุ๋ยเหล่านี้ในหลากหลายวิธี: ผ่านกระบวนการใส่ปุ๋ยแบบแห้งหรือแบบเม็ดหรือแบบของเหลว โดยใช้เครื่องมือการเกษตรขนาดใหญ่ หรือวิธีการใช้เครื่องมือช่าง
ในอดีต การใส่ปุ๋ยมาจากแหล่งธรรมชาติหรืออินทรีย์ ได้แก่ปุ๋ยหมักปุ๋ยคอกปุ๋ยคอกของมนุษย์แร่ธาตุที่เก็บเกี่ยว การหมุนเวียนพืชผลและผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมที่มนุษย์ทำขึ้น (เช่นของเสียจากการแปรรูปปลาหรือเลือดสัตว์จากการฆ่าสัตว์ ) อย่างไรก็ตาม เริ่มตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 หลังจากมีนวัตกรรมด้านโภชนาการของพืชอุตสาหกรรมการเกษตรก็พัฒนาจากปุ๋ยสังเคราะห์ การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสำคัญในการเปลี่ยนแปลงระบบอาหารโลกซึ่งช่วยให้เกิดการเกษตรเชิงอุตสาหกรรม ขนาดใหญ่ ที่มีผลผลิตพืชผลจำนวนมาก
กระบวนการทางเคมี ที่ตรึงไนโตรเจนเช่นกระบวนการฮาเบอร์ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 และขยายตัวด้วยกำลังการผลิตที่สร้างขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง นำไปสู่การเติบโตอย่างรวดเร็วของการใช้ปุ๋ยไนโตรเจน[2]ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนที่เพิ่มขึ้น (เพิ่มขึ้น 800% ระหว่างปีพ.ศ. 2504 ถึง พ.ศ. 2562) ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญในการเพิ่มผลผลิตของระบบอาหารทั่วไป (มากกว่า 30% ต่อคน) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เรียกว่า " การปฏิวัติสีเขียว " [3]
การใช้ปุ๋ยเคมีและปุ๋ยที่ใช้ในภาคอุตสาหกรรมก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เช่นมลพิษทางน้ำและยูโทรฟิเคชั่น อันเนื่อง มาจากการชะล้างสารอาหาร การปล่อยคาร์บอนและการปล่อยอื่นๆ จากการผลิตปุ๋ยและการทำเหมือง รวมถึงการปนเปื้อนและมลพิษในดินแนวทาง ปฏิบัติด้าน การเกษตรที่ยั่งยืนสามารถนำไปปฏิบัติเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการใช้ ปุ๋ยและ ยาฆ่าแมลง รวมถึง ความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการเกษตรในภาคอุตสาหกรรม
การจัดการความอุดมสมบูรณ์ของดินเป็นประเด็นที่เกษตรกรให้ความสำคัญมาตั้งแต่ยุคเริ่มต้นของการเกษตร ชาวตะวันออกกลาง จีน เมโสอเมริกา และวัฒนธรรมของเทือกเขาแอนดิสตอนกลาง ล้วนเป็นผู้ริเริ่มการเกษตรในช่วงแรกๆ ซึ่งเชื่อกันว่าทำให้วัฒนธรรมของพวกเขามีประชากรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้สามารถส่งออกวัฒนธรรมดังกล่าวไปยังกลุ่มล่าสัตว์และเก็บของป่าในบริเวณใกล้เคียงได้ การใช้ปุ๋ยควบคู่ไปกับการเกษตรทำให้สังคมยุคแรกๆ เหล่านี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือเพื่อนบ้าน ส่งผลให้พวกเขากลายเป็นวัฒนธรรมที่โดดเด่นในภูมิภาคของตนเอง (P Bellwood - 2023 [6] ) [7]ชาวอียิปต์ โรมัน บาบิลอน และชาวเยอรมันยุคแรกๆ ล้วนบันทึกว่าใช้แร่ธาตุหรือปุ๋ยคอกเพื่อเพิ่มผลผลิตของฟาร์มของตน[1]การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโภชนาการของพืชเริ่มต้นขึ้นก่อนงานของนักเคมีชาวเยอรมันJustus von Liebigแม้ว่าชื่อของเขาจะถูกกล่าวถึงมากที่สุดในฐานะ "บิดาแห่งอุตสาหกรรมปุ๋ย" [8] Nicolas Théodore de Saussureและเพื่อนร่วมงานทางวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นได้หักล้างความเรียบง่ายของฟอน ลีบิกอย่างรวดเร็ว นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่ฟอน ลีบิกได้ดึงมาคือCarl Ludwig SprengerและHermann Hellriegelในสาขานี้ 'การกัดเซาะความรู้' [9]เกิดขึ้น ซึ่งส่วนหนึ่งเกิดจากการผสมผสานระหว่างเศรษฐศาสตร์และการวิจัย[10] John Bennet Lawes ผู้ประกอบการชาวอังกฤษเริ่มทำการทดลองเกี่ยวกับผลกระทบของปุ๋ยคอกต่างๆ ต่อพืชที่ปลูกในกระถางในปี 1837 และหนึ่งหรือสองปีต่อมา การทดลองได้ขยายไปยังพืชผลในทุ่งนา ผลที่ตามมาในทันทีอย่างหนึ่งก็คือ ในปี 1842 เขาได้จดสิทธิบัตรปุ๋ยคอกที่สร้างขึ้นโดยการบำบัดฟอสเฟตด้วยกรดซัลฟิวริก และด้วยเหตุนี้ เขาจึงเป็นคนแรกที่สร้างอุตสาหกรรมปุ๋ยคอกเทียม ในปีถัดมา เขาใช้บริการของJoseph Henry Gilbert พวกเขาร่วมกันทำการทดลองพืชผลที่สถาบันวิจัยพืชไร่ [ 11]
กระบวนการBirkeland–Eydeเป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่แข่งขันกันในช่วงเริ่มต้นของการผลิตปุ๋ยไนโตรเจน[12]กระบวนการนี้ใช้ในการตรึงไนโตรเจน ในบรรยากาศ (N 2 ) ให้เป็นกรดไนตริก (HNO 3 ) ซึ่งเป็นหนึ่งในกระบวนการทางเคมีหลายอย่างที่เรียกว่าการตรึงไนโตรเจนจากนั้นกรดไนตริกที่ได้จะถูกนำมาใช้เป็นแหล่งไนเตรต (NO 3 − ) โรงงานที่ใช้กระบวนการนี้ได้รับการสร้างขึ้นที่RjukanและNotoddenในนอร์เวย์ และได้สร้างโรงงานไฟฟ้าพลังน้ำ ขนาดใหญ่ขึ้น [13]
ในช่วงปี ค.ศ. 1910 และ 1920 กระบวนการ Haberและกระบวนการ Ostwald ได้พัฒนาขึ้น กระบวนการ Haber ผลิตแอมโมเนีย (NH 3 ) จากก๊าซมีเทน (CH 4 ) ( ก๊าซธรรมชาติ ) และไนโตรเจนโมเลกุล (N 2 ) จากอากาศ จากนั้นแอมโมเนียจากกระบวนการ Haber จะถูกแปลงบางส่วนเป็นกรดไนตริก (HNO 3 ) ในกระบวนการOstwald [14]คาดว่าหนึ่งในสามของผลผลิตอาหารประจำปีทั่วโลกใช้แอมโมเนียจากกระบวนการ Haber–Bosch และนี่ช่วยรองรับประชากรเกือบครึ่งหนึ่งของโลก[15] [16]หลังสงครามโลกครั้งที่สอง โรงงานผลิตไนโตรเจนที่เพิ่มการผลิตระเบิดในช่วงสงครามได้เปลี่ยนมาใช้เพื่อการเกษตร[17]การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา โดยเพิ่มขึ้นเกือบ 20 เท่าเป็นอัตราปัจจุบันที่ 100 ล้านตันของไนโตรเจนต่อปี[18]
การพัฒนาปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์ช่วยสนับสนุนการเติบโตของประชากรโลกได้อย่างมาก มีการประเมินว่าปัจจุบันประชากรเกือบครึ่งหนึ่งของโลกได้รับอาหารจากการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์[19]การใช้ปุ๋ยฟอสเฟตยังเพิ่มขึ้นจาก 9 ล้านตันต่อปีในปี 2503 เป็น 40 ล้านตันต่อปีในปี 2543
การใช้ปุ๋ยอนินทรีย์ในภาคเกษตรกรรมในปี 2564 มีจำนวน 195 ล้านตันของสารอาหาร ซึ่ง 56% เป็นไนโตรเจน[20]เอเชียคิดเป็น 53% ของการใช้ปุ๋ยอนินทรีย์ในภาคเกษตรกรรมทั้งหมดของโลกในปี 2564 รองลงมาคือทวีปอเมริกา (29%) ยุโรป (12%) แอฟริกา (4%) และโอเชียเนีย (2%) การจัดอันดับของภูมิภาคนี้เหมือนกันสำหรับสารอาหารทั้งหมด ผู้ใช้ปุ๋ยอนินทรีย์หลัก ได้แก่ จีน อินเดีย บราซิล และสหรัฐอเมริกา (ดูตารางที่ 15) โดยจีนเป็นผู้ใช้สารอาหารแต่ละชนิดมากที่สุด[20]
พืชข้าวโพดที่ให้ผลผลิต 6-9 ตันต่อเฮกตาร์ (2.5 เอเคอร์) ต้องใช้ปุ๋ยฟอสเฟต 31-50 กิโลกรัม (68-110 ปอนด์) พืชถั่วเหลืองต้องการประมาณครึ่งหนึ่งหรือ 20-25 กิโลกรัมต่อเฮกตาร์ [21] Yara Internationalเป็นผู้ผลิตปุ๋ยไนโตรเจนรายใหญ่ที่สุดในโลก[22]
ปุ๋ยช่วยให้พืชเจริญเติบโตได้ดีขึ้น เป้าหมายนี้บรรลุผลได้ 2 วิธี วิธีดั้งเดิมคือสารเติมแต่งที่ให้สารอาหาร วิธีที่สองที่ปุ๋ยบางชนิดออกฤทธิ์คือเพิ่มประสิทธิภาพของดินโดยปรับเปลี่ยนการกักเก็บน้ำและการถ่ายเทอากาศ บทความนี้เช่นเดียวกับบทความอื่นๆ ที่เกี่ยวกับปุ๋ย เน้นย้ำถึงด้านโภชนาการ ปุ๋ยโดยทั่วไปจะให้สารอาหารในสัดส่วน ที่แตกต่างกัน : [24]
สารอาหารที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของพืชให้มีสุขภาพดีนั้นถูกจัดประเภทตามองค์ประกอบต่างๆ แต่จะไม่นำองค์ประกอบเหล่านั้นมาใช้เป็นปุ๋ย แต่สารประกอบที่มีองค์ประกอบเหล่านี้เป็นพื้นฐานของปุ๋ย ธาตุอาหารหลักจะถูกใช้ในปริมาณที่มากขึ้นและมีอยู่ในเนื้อเยื่อของพืชในปริมาณตั้งแต่ 0.15% ถึง 6.0% โดยพิจารณาจากวัตถุแห้ง (DM) (ความชื้น 0%) พืชประกอบด้วยธาตุหลัก 4 ประการ ได้แก่ ไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอน และไนโตรเจน คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนมีอยู่ทั่วไปในคาร์บอนไดออกไซด์และในน้ำตามลำดับ แม้ว่าไนโตรเจนจะประกอบเป็นส่วนใหญ่ของบรรยากาศแต่ก็อยู่ในรูปแบบที่พืชไม่สามารถหาได้ ไนโตรเจนเป็นปุ๋ยที่สำคัญที่สุดเนื่องจากไนโตรเจนมีอยู่ในโปรตีน ( พันธะอะไมด์ระหว่างกรดอะมิโน ) ดีเอ็นเอ ( เบส เพียวริกและไพริมิดิก ) และส่วนประกอบอื่นๆ (เช่นฮีมเทตระไพร์รอล ในคลอโรฟิลล์ ) เพื่อให้มีคุณค่าทางโภชนาการสำหรับพืช ไนโตรเจนจะต้องถูกทำให้พร้อมใช้งานในรูปแบบ "คงที่" แบคทีเรียบางชนิดและพืชเจ้าบ้าน (โดยเฉพาะพืชตระกูลถั่ว ) เท่านั้นที่สามารถตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศ ( N 2 ) โดยการแปลงให้เป็นแอมโมเนีย ( NH 3 ) ฟอสเฟต ( PO3−4) จำเป็นต่อการผลิตDNA ( รหัสทางพันธุกรรม ) และATP ซึ่ง เป็นตัวพาพลังงานหลักในเซลล์รวมถึงลิพิด บางชนิด ( ฟอสโฟลิปิดซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของชั้นลิพิดสองชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์ )
ปฏิกิริยาเอนไซม์สองชุดมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับประสิทธิภาพของปุ๋ยไนโตรเจน
ประการแรกคือการไฮโดรไลซิส (ปฏิกิริยากับน้ำ) ของยูเรีย ( CO(NH 2 ) 2 ) แบคทีเรียในดิน หลายชนิด มีเอนไซม์ยูเรียสซึ่งเร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนยูเรียเป็น ไอออน แอมโมเนียม ( NH -4) และไอออนไบคาร์บอเนต ( HCO3−3-
แบคทีเรียออกซิไดซ์แอมโมเนีย (AOB) เช่น สายพันธุ์Nitrosomonasจะออกซิไดซ์แอมโมเนีย ( NH 3 ) เป็นไนไตรต์ ( NO−2) ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าไนตริฟิเคชั่น [ 26] แบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ ไนไตรต์ โดยเฉพาะไนโตรแบคเตอร์จะออกซิไดซ์ไนไตรต์ ( NO−2) เป็นไนเตรต ( NO−3) ซึ่งละลายน้ำได้ ดีมาก และสามารถเคลื่อนที่ได้ และเป็นสาเหตุสำคัญของภาวะยูโทรฟิเคชั่นและการบานของสาหร่าย
ปุ๋ยสามารถจำแนกได้หลายวิธี โดยจำแนกตามว่าปุ๋ยให้ธาตุอาหารชนิดเดียว (เช่น K, P หรือ N) ซึ่งในกรณีนี้จะจัดเป็น "ปุ๋ยตรง" "ปุ๋ยธาตุอาหารหลายชนิด" (หรือ "ปุ๋ยเชิงซ้อน") ให้ธาตุอาหารสองชนิดขึ้นไป เช่น N และ P ปุ๋ยบางครั้งยังจัดเป็นปุ๋ยอนินทรีย์ (ซึ่งเป็นหัวข้อของบทความนี้ส่วนใหญ่) เทียบกับปุ๋ยอินทรีย์ ปุ๋ยอนินทรีย์จะไม่รวมวัสดุที่มีคาร์บอน ยกเว้นยูเรียปุ๋ยอินทรีย์มักเป็นสารที่ได้จากพืชหรือสัตว์ (ที่นำกลับมาใช้ใหม่) ปุ๋ยอนินทรีย์บางครั้งเรียกว่าปุ๋ยสังเคราะห์เนื่องจากต้องใช้สารเคมีต่างๆ ในการบำบัดเพื่อการผลิต[27]
ปุ๋ยไนโตรเจนหลัก ได้แก่แอมโมเนีย (NH 3 ) แอมโมเนียม (NH 4 + ) หรือสารละลายของแอมโมเนีย ได้แก่:
ปุ๋ยฟอสเฟตตรงหลักๆ คือซุปเปอร์ฟอสเฟต :
ส่วนผสมของซุปเปอร์ฟอสเฟตชนิดเดียวและซุปเปอร์ฟอสเฟตชนิดสามเรียกว่าซุปเปอร์ฟอสเฟตชนิดคู่ ปุ๋ยซุปเปอร์ฟอสเฟตทั่วไปมากกว่า 90% ละลายน้ำได้
ปุ๋ยตรงที่มีโพแทสเซียมเป็นส่วนประกอบหลักคือโพแทสเซียมยูเรียต (MOP, 95–99% KCl) โดยทั่วไปจะมีให้ใช้ในรูปแบบปุ๋ย 0-0-60 หรือ 0-0-62
ปุ๋ยเหล่านี้มีอยู่ทั่วไป ประกอบด้วยธาตุอาหารสองชนิดหรือมากกว่า
ปุ๋ย 2 ส่วนประกอบหลักจะให้ทั้งไนโตรเจนและฟอสฟอรัสแก่พืช เรียกว่าปุ๋ย NP ปุ๋ย NP หลัก ได้แก่
ปุ๋ย MAP และ DAP ประมาณ 85% สามารถละลายน้ำได้
ปุ๋ย NPK คือปุ๋ยสามองค์ประกอบที่ให้ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม ปุ๋ย NPK มีอยู่สองประเภท ได้แก่ ปุ๋ยผสมและปุ๋ยผสม ปุ๋ย NPK ผสมประกอบด้วยส่วนผสมทางเคมี ในขณะที่ปุ๋ย NPK ผสมเป็นส่วนผสมทางกายภาพขององค์ประกอบสารอาหารชนิดเดียว
ระบบ NPKเป็นระบบการให้คะแนนที่อธิบายปริมาณไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียมในปุ๋ย ระบบ NPK ประกอบด้วยตัวเลขสามตัวที่คั่นด้วยเส้นประ (เช่น 10-10-10 หรือ 16-4-8) เพื่ออธิบายเนื้อหาทางเคมีของปุ๋ย[29] [30]ตัวเลขแรกแสดงถึงเปอร์เซ็นต์ของไนโตรเจนในผลิตภัณฑ์ ตัวเลขที่สองคือ P 2 O 5และตัวเลขที่สามคือ K 2 O ปุ๋ยไม่ได้มี P 2 O 5หรือ K 2 O จริงๆ แต่ระบบนี้เป็นเพียงสัญลักษณ์ทั่วไปสำหรับปริมาณฟอสฟอรัส (P) หรือโพแทสเซียม (K) ในปุ๋ย ถุงปุ๋ย 50 ปอนด์ (23 กก.) ที่ติดฉลาก 16-4-8 มีไนโตรเจน 8 ปอนด์ (3.6 กก.) (16% ของ 50 ปอนด์) ปริมาณฟอสฟอรัสเทียบเท่ากับฟอสฟอรัส P2O5 2 ปอนด์( 4 % ของ 50 ปอนด์) และฟอสฟอรัส K2O 4 ปอนด์( 8% ของ 50 ปอนด์) ปุ๋ยส่วนใหญ่ติดฉลากตามอนุสัญญา NPK นี้ แม้ว่า อนุสัญญาของออสเตรเลียซึ่งปฏิบัติตามระบบ NPKS จะเพิ่มหมายเลขที่สี่สำหรับกำมะถัน และใช้ค่าธาตุสำหรับค่าทั้งหมด รวมทั้ง P และ K [31]
ธาตุอาหารรองจะถูกใช้ในปริมาณที่น้อยกว่าและมีอยู่ในเนื้อเยื่อพืชในระดับส่วนต่อล้านส่วน (ppm) ตั้งแต่ 0.15 ถึง 400 ppm หรือน้อยกว่า 0.04% ของสสารแห้ง[32] [33] ธาตุเหล่านี้มักจำเป็นสำหรับเอนไซม์ที่จำเป็นต่อกระบวนการเผา ผลาญของพืช เนื่องจากธาตุเหล่านี้ช่วยให้เกิดตัวเร่งปฏิกิริยา (เอนไซม์) ผลกระทบของธาตุเหล่านี้จึงเกินกว่าน้ำหนักเปอร์เซ็นต์ของธาตุเหล่านี้มาก ธาตุอาหารรองทั่วไป ได้แก่โบรอน สังกะสีโมลิบดีนัมเหล็กและแมงกานีส [ 24 ] ธาตุเหล่านี้มีอยู่ในรูปของเกลือที่ละลายน้ำได้ เหล็กเป็นปัญหาพิเศษเนื่องจากจะเปลี่ยนเป็นสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ (ไม่พร้อมใช้งานทางชีวภาพ) ที่ค่า pH ของดินและความเข้มข้นของฟอสเฟตปานกลาง ด้วยเหตุนี้ เหล็กจึงมักถูกจัดให้เป็นสารประกอบคีเลตเช่น อนุพันธ์ EDTAหรือEDDHAความต้องการธาตุอาหารรองขึ้นอยู่กับพืชและสภาพแวดล้อม ตัวอย่างเช่นหัวบีทน้ำตาลดูเหมือนว่าจะต้องการโบรอนและพืชตระกูลถั่วต้องการโคบอลต์ [ 1 ]ในขณะที่สภาพแวดล้อม เช่น ความร้อนหรือภัยแล้งทำให้โบรอนพร้อมใช้งานสำหรับพืชน้อยลง[34]
การผลิตปุ๋ยสังเคราะห์หรือปุ๋ยอนินทรีย์ต้องใช้สารเคมีที่เตรียมไว้ ในขณะที่ปุ๋ยอินทรีย์ได้มาจากกระบวนการอินทรีย์ของพืชและสัตว์ในกระบวนการทางชีวภาพโดยใช้สารเคมีชีวภาพ
ปุ๋ยไนโตรเจนทำจากแอมโมเนีย (NH 3 ) ที่ผลิตโดยกระบวนการฮาเบอร์–บ๊อช [ 28]ในกระบวนการที่ใช้พลังงานมากนี้ก๊าซธรรมชาติ (CH 4 ) มักจะ จัดหาไฮโดรเจนและไนโตรเจน (N 2 ) จะถูกสกัดมาจากอากาศแอมโมเนียนี้ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับปุ๋ยไนโตรเจนอื่นๆ ทั้งหมด เช่นแอมโมเนียมไนเตรตที่ปราศจากน้ำ (NH 4 NO 3 ) และยูเรีย (CO(NH 2 ) 2 )
แหล่งโซเดียมไนเตรต (NaNO 3 ) ( ดินประสิวชิลี ) ยังพบได้ในทะเลทรายอาตากามาในประเทศชิลีและเป็นหนึ่งในปุ๋ยไนโตรเจนที่อุดมด้วยที่ใช้ครั้งแรก (พ.ศ. 2373) [35]ปัจจุบันยังคงมีการขุดเพื่อใช้เป็นปุ๋ย[36]ไนเตรตยังผลิตจากแอมโมเนียโดยกระบวนการ Ostwald
ปุ๋ยฟอสเฟตได้มาจากการสกัดจากหินฟอสเฟตซึ่งประกอบด้วยแร่ธาตุหลัก 2 ชนิดที่มีฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ ได้แก่ฟลูออโรอะพาไทต์ Ca 5 (PO 4 ) 3 F (CFA) และ ไฮดรอก ซีอะพาไทต์ Ca 5 (PO 4 ) 3 OH มีการขุดหินฟอสเฟตหลายพันล้านกิโลกรัมต่อปี แต่ขนาดและคุณภาพของแร่ที่เหลือกำลังลดลง แร่ธาตุเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นเกลือฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้โดยการบำบัดด้วยกรด[ 37]การผลิตกรดซัลฟิวริก ในปริมาณมากนั้น ได้รับแรงผลักดันหลักจากการใช้งานนี้[38]ในกระบวนการไนโตรฟอสเฟตหรือกระบวนการ Odda (คิดค้นในปี 1927) หินฟอสเฟตที่มีปริมาณฟอสฟอรัส (P) สูงถึง 20% จะถูกละลายด้วยกรดไนตริก (HNO 3 ) เพื่อผลิตส่วนผสมของกรดฟอสฟอรัส (H 3 PO 4 ) และแคลเซียมไนเตรต (Ca(NO 3 ) 2 ) สามารถผสมส่วนผสมนี้กับปุ๋ยโพแทสเซียมเพื่อผลิตปุ๋ยผสมที่มีธาตุอาหารหลัก 3 ชนิด ได้แก่ N, P และ K ในรูปแบบที่ละลายได้ง่าย[39]
โพแทชเป็นส่วนผสมของแร่ธาตุโพแทสเซียมที่ใช้ในการผลิตปุ๋ยโพแทสเซียม (สัญลักษณ์ทางเคมี: K) โพแทชละลายน้ำได้ ดังนั้นความพยายามหลักในการผลิตสารอาหารนี้จากแร่จึงเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ เช่น การกำจัดโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ( เกลือ ธรรมดา ) บางครั้งโพแทชถูกเรียกว่า K 2 O เพื่อความสะดวกสำหรับผู้ที่อธิบายปริมาณโพแทสเซียม ในความเป็นจริง ปุ๋ยโพแทชมักเป็นโพแทสเซียมคลอไรด์โพแทสเซียมซัลเฟตโพแทสเซียมคาร์บอเนตหรือโพแทสเซียมไนเตรต[40 ]
มีเส้นทางหลักสามเส้นทางในการผลิตปุ๋ย NPK (ตั้งชื่อตามส่วนผสมหลัก: ไนโตรเจน (N), ฟอสฟอรัส (P) และโพแทสเซียม (K)):
ส่วนผสมปั่น | เอ็นพีเค 17-17-17 | เอ็นพีเค 19-19-19 | เอ็นพีเค 9-23-30 | เอ็นพีเค 8-32-16 |
---|---|---|---|---|
แอมโมเนียมไนเตรท | 310 | |||
ยูเรีย | 256 | |||
ไดแอมโมเนียมฟอสเฟต (DAP) | 376 | 421 | 500 | 462 |
ซุปเปอร์ฟอสเฟตสามเท่า | 261 | |||
โพแทสเซียมคลอไรด์ | 288 | 323 | 500 | 277 |
ฟิลเลอร์ | 26 |
ขั้นตอนที่ 2 การกำจัดแคลเซียมไนเตรต การกำจัด แคลเซียมไนเตรตเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากแคลเซียมไนเตรตมี คุณสมบัติ ดูด ความชื้นได้ ดีมาก
“ ปุ๋ยอินทรีย์ ” อาจหมายถึงปุ๋ยที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพ ซึ่งได้มาจากวัสดุที่มีชีวิตหรือเคยมีชีวิตมาก่อน ปุ๋ยอินทรีย์ยังสามารถหมายถึงผลิตภัณฑ์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดและบรรจุหีบห่อบ่อยครั้ง ซึ่งพยายามปฏิบัติตามความคาดหวังและข้อจำกัดของ “ เกษตรอินทรีย์ ” และ “ การทำสวน ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ” ซึ่งเป็นระบบที่เกี่ยวข้องกับการผลิตอาหารและพืชที่จำกัดหรือหลีกเลี่ยงการใช้ปุ๋ยสังเคราะห์และยาฆ่าแมลงอย่างเคร่งครัดผลิตภัณฑ์ “ปุ๋ยอินทรีย์” มักประกอบด้วยทั้งวัสดุอินทรีย์บางชนิดและสารเติมแต่งที่ยอมรับได้ เช่น ผงหินที่มีคุณค่าทางโภชนาการ เปลือกหอยบด (ปู หอยนางรม เป็นต้น) ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปอื่นๆ เช่น กากเมล็ดพืชหรือสาหร่ายทะเล และจุลินทรีย์และสารที่เพาะเลี้ยง
ปุ๋ยอินทรีย์ (คำจำกัดความแรก) ได้แก่ของเสียจากสัตว์ของเสียจากพืชจากการเกษตรสาหร่าย ปุ๋ยหมักและตะกอนน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้ว(ไบโอโซลิด ) นอกเหนือจากปุ๋ยคอกแล้ว แหล่งที่มาของสัตว์ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์จากการฆ่าสัตว์ด้วย เช่นเลือดสัตว์กระดูกสัตว์ ขนสัตว์หนังสัตว์กีบสัตว์ และเขาสัตว์ ซึ่งล้วนเป็นส่วนประกอบทั่วไป[24]วัสดุที่ได้จากสารอินทรีย์ที่มีจำหน่ายในอุตสาหกรรม เช่น ตะกอนน้ำเสีย อาจไม่ถือเป็นส่วนประกอบที่ยอมรับได้ของการทำฟาร์มอินทรีย์และการทำสวน เนื่องจากปัจจัยต่างๆ ตั้งแต่สารปนเปื้อนที่ตกค้างไปจนถึงการรับรู้ของสาธารณชน ในทางกลับกัน "ปุ๋ยอินทรีย์" ที่วางจำหน่ายอาจรวมถึงและส่งเสริมสารอินทรีย์ที่ผ่านการแปรรูปเนื่องจากวัสดุเหล่านี้ดึงดูดผู้บริโภค ไม่ว่าจะมีคำจำกัดความหรือส่วนประกอบอย่างไร ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ส่วนใหญ่มีสารอาหารที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า และไม่สามารถวัดปริมาณสารอาหารได้ง่ายนัก ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถให้ข้อดีในการสร้างดินได้เช่นเดียวกับที่ดึงดูดผู้ที่พยายามทำฟาร์ม/ทำสวนแบบ "ธรรมชาติ" มากขึ้น[41]
ในแง่ของปริมาตรพีทเป็นวัสดุปรับปรุงดินอินทรีย์บรรจุหีบห่อที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เป็นถ่านหินที่ยังไม่แก่และช่วยปรับปรุงดินโดยการเติมอากาศและดูดซับน้ำ แต่ไม่ได้ให้คุณค่าทางโภชนาการแก่พืช ดังนั้น พีทจึงไม่ใช่ปุ๋ยตามที่กำหนดไว้ในตอนต้นของบทความ แต่เป็นวัสดุปรับปรุงดิน มะพร้าว(ที่ได้จากเปลือกมะพร้าว) เปลือก และขี้เลื่อย เมื่อใส่ลงในดิน ล้วนทำหน้าที่คล้ายกัน (แต่ไม่เหมือนกันทุกประการ) กับพีท และถือเป็นวัสดุปรับปรุงดินอินทรีย์หรือสารเพิ่มเนื้อสัมผัส เนื่องจากมีสารอาหารที่จำกัด สารเติมแต่งอินทรีย์บางชนิดอาจมีผลตรงกันข้ามกับสารอาหาร ขี้เลื่อยสดสามารถดูดซับสารอาหารในดินได้เมื่อสลายตัวและอาจลดค่า pH ของดิน แต่สารเพิ่มเนื้อสัมผัสอินทรีย์ชนิดเดียวกันนี้ (เช่นเดียวกับปุ๋ยหมัก เป็นต้น) อาจเพิ่มความพร้อมใช้งานของสารอาหารผ่านการแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่ดีขึ้น หรือผ่านการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะเพิ่มความพร้อมใช้งานของสารอาหารพืชบางชนิดในที่สุด ปุ๋ยอินทรีย์ เช่น ปุ๋ยหมักและปุ๋ยคอก อาจจำหน่ายในพื้นที่ได้โดยไม่ต้องเข้าสู่การผลิตในภาคอุตสาหกรรม ซึ่งทำให้ปริมาณการบริโภคจริงประเมินได้ยาก
ประเทศ | การใช้ N ทั้งหมด (Mt ต่อปี) | N ใช้เป็น อาหารและ เลี้ยงสัตว์ (ม.ป.) |
---|---|---|
จีน | 18.7 | 3.0 |
อินเดีย | 11.9 | ไม่ระบุ[44] |
เรา | 9.1 | 4.7 |
ฝรั่งเศส | 2.5 | 1.3 |
เยอรมนี | 2.0 | 1.2 |
บราซิล | 1.7 | 0.7 |
แคนาดา | 1.6 | 0.9 |
ไก่งวง | 1.5 | 0.3 |
สหราชอาณาจักร | 1.3 | 0.9 |
เม็กซิโก | 1.3 | 0.3 |
สเปน | 1.2 | 0.5 |
อาร์เจนตินา | 0.4 | 0.1 |
จีนกลายเป็นผู้ผลิตและผู้บริโภคปุ๋ยไนโตรเจนรายใหญ่ที่สุด[45]ในขณะที่แอฟริกามีการพึ่งพาปุ๋ยไนโตรเจนเพียงเล็กน้อย[46]แร่ธาตุทางการเกษตรและเคมีมีความสำคัญมากในการใช้ปุ๋ยในอุตสาหกรรม ซึ่งมีมูลค่าประมาณ 200 พันล้านดอลลาร์[47]ไนโตรเจนมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการใช้แร่ธาตุทั่วโลก รองลงมาคือโพแทชและฟอสเฟต การผลิตไนโตรเจนเพิ่มขึ้นอย่างมากตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ฟอสเฟตและโพแทชมีราคาเพิ่มขึ้นตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ซึ่งสูงกว่าดัชนีราคาผู้บริโภค[47]โพแทชผลิตในแคนาดา รัสเซีย และเบลารุส รวมกันคิดเป็นมากกว่าครึ่งหนึ่งของการผลิตทั่วโลก[47]การผลิตโพแทชในแคนาดาเพิ่มขึ้นในปี 2017 และ 2018 ถึง 18.6% [48]การประมาณการแบบอนุรักษ์นิยมรายงานว่า 30 ถึง 50% ของผลผลิตพืชผลมาจากปุ๋ยเชิงพาณิชย์ธรรมชาติหรือสังเคราะห์[40] [49]ปริมาณการบริโภคปุ๋ยได้แซงหน้าพื้นที่เกษตรกรรมในสหรัฐอเมริกา[47]
ข้อมูลเกี่ยวกับการบริโภคปุ๋ยต่อพื้นที่เพาะปลูก 1 เฮกตาร์ในปี 2012 ได้รับการเผยแพร่โดยธนาคารโลก[50]แผนภาพด้านล่างแสดงการบริโภคปุ๋ยของประเทศในสหภาพยุโรป (EU) เป็นกิโลกรัมต่อเฮกตาร์ (ปอนด์ต่อเอเคอร์) การบริโภคปุ๋ยทั้งหมดในสหภาพยุโรปคือ 15.9 ล้านตันสำหรับพื้นที่เพาะปลูก 105 ล้านเฮกตาร์[51] (หรือ 107 ล้านเฮกตาร์สำหรับพื้นที่เพาะปลูกตามการประมาณการอื่น[52] ) ตัวเลขนี้เทียบเท่ากับปุ๋ย 151 กิโลกรัมที่บริโภคต่อพื้นที่เพาะปลูกโดยเฉลี่ยโดยประเทศในสหภาพยุโรป
ปุ๋ยมักใช้ในการปลูกพืชทุกชนิด โดยอัตราการใช้จะขึ้นอยู่กับความอุดมสมบูรณ์ของดิน โดยปกติจะวัดโดยการทดสอบดินและตามพืชแต่ละชนิด ตัวอย่างเช่น พืชตระกูลถั่วจะตรึงไนโตรเจนจากบรรยากาศและโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องใช้ปุ๋ยไนโตรเจน
ปุ๋ยใช้กับพืชทั้งในรูปของแข็งและของเหลว ปุ๋ยประมาณ 90% ใช้เป็นของแข็ง ปุ๋ยอนินทรีย์ของแข็งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ยูเรียไดแอมโมเนียมฟอสเฟต และโพแทสเซียมคลอไรด์[53]ปุ๋ยของแข็งมักจะเป็นเม็ดหรือผง ของแข็งมักจะอยู่ในรูปเม็ด เล็ก ๆ ซึ่งเป็นเม็ดกลม ปุ๋ยน้ำประกอบด้วยแอมโมเนียที่ปราศจากน้ำ สารละลายแอมโมเนียในน้ำ สารละลายแอมโมเนียมไนเตรตในน้ำหรือยูเรีย ผลิตภัณฑ์เข้มข้นเหล่านี้อาจเจือจางด้วยน้ำเพื่อสร้างปุ๋ยน้ำเข้มข้น (เช่นUAN ) ข้อดีของปุ๋ยน้ำคือมีผลเร็วกว่าและครอบคลุมได้ง่ายกว่า[24]การเติมปุ๋ยลงในน้ำชลประทานเรียกว่า " การให้ปุ๋ย ทางน้ำ " [40]ปุ๋ยเม็ดประหยัดกว่าในการขนส่งและจัดเก็บ ไม่ต้องพูดถึงการใช้ที่ง่ายกว่า[54]
ยูเรียละลายน้ำได้ดี จึงเหมาะสำหรับใช้เป็นปุ๋ย (ร่วมกับแอมโมเนียมไนเตรต: UAN) เช่น ปุ๋ยสำหรับใบ สำหรับการใช้ปุ๋ย ปุ๋ยเม็ดจะได้รับความนิยมมากกว่าปุ๋ยเม็ดเนื่องจากมีขนาดอนุภาคที่เล็กกว่า ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบในการใช้งานทางกล
โดยทั่วไปยูเรียจะถูกหว่านในอัตรา 40 ถึง 300 กิโลกรัมต่อเฮกตาร์ (35 ถึง 270 ปอนด์ต่อเอเคอร์) แต่ในอัตราที่แตกต่างกัน การใช้ในปริมาณน้อยจะทำให้เกิดการสูญเสียน้อยลงเนื่องจากการชะล้าง ในช่วงฤดูร้อน ยูเรียจะถูกหว่านก่อนหรือระหว่างฝนตกเพื่อลดการสูญเสียจากการระเหย (กระบวนการที่ไนโตรเจนสูญเสียสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของก๊าซแอมโมเนีย)
เนื่องจากยูเรียมีไนโตรเจนเข้มข้นสูง จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องกระจายให้ทั่วถึง ไม่ควรเจาะดินเมื่อสัมผัสหรือใกล้เมล็ดพืช เนื่องจากอาจเสี่ยงต่อการเสียหายจากการงอกของเมล็ด ยูเรียละลายในน้ำได้เมื่อฉีดพ่นหรือผ่านระบบชลประทาน
ในพืชไร่และฝ้าย มักใช้ยูเรียในช่วงเพาะปลูกครั้งสุดท้ายก่อนปลูก ในพื้นที่ที่มีฝนตกชุกและดินทราย (ซึ่งไนโตรเจนอาจสูญเสียไปจากการชะล้าง) และที่คาดว่าจะมีฝนตกมากในฤดูกาล อาจใช้ยูเรียโรยข้างหรือโรยหน้าในช่วงฤดูเพาะปลูกก็ได้ การโรยหน้ายังเป็นที่นิยมสำหรับพืชที่เลี้ยงสัตว์และพืชอาหารสัตว์อีกด้วย ในการปลูกอ้อย จะใช้ยูเรียโรยข้างหลังปลูกและโรยหน้าพืช ทุก ชนิด
เนื่องจากยูเรียจะดูดซับความชื้นจากบรรยากาศ จึงมักถูกเก็บไว้ในภาชนะปิด
การใช้เกินขนาดหรือการวางยูเรียใกล้เมล็ดพืชเป็นอันตราย[55]
ปุ๋ยทางใบใช้โดยตรงกับใบ วิธีนี้มักใช้กับปุ๋ยไนโตรเจนละลายน้ำโดยตรง และใช้กับพืชที่มีมูลค่าสูง เช่น ผลไม้โดยเฉพาะ ยูเรียเป็นปุ๋ยทางใบที่พบได้บ่อยที่สุด[24]
สารเคมีต่างๆ ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของปุ๋ยไนโตรเจน ด้วยวิธีนี้ เกษตรกรสามารถจำกัดผลกระทบจากมลพิษของไนโตรเจนที่ไหลบ่าได้สาร ยับยั้ง ไนตริฟิเคชั่น (เรียกอีกอย่างว่าสารทำให้ไนโตรเจนคงตัว) ยับยั้งการเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนเตรตซึ่งเป็นไอออนลบที่มักถูกชะล้าง 1-คาร์บามอยล์-3-เมทิลไพราโซล (CMP), ไดไซยาไนด์ , ไนตราไพริน (2-คลอโร-6-ไตรคลอโรเมทิลไพริดีน) และ 3,4-ไดเมทิลไพราโซลฟอสเฟต (DMPP) เป็นที่นิยม[58] สารยับยั้งยูเรียเอสใช้เพื่อชะลอการเปลี่ยนไฮโดรไลซิสของยูเรียเป็นแอมโมเนีย ซึ่งมีแนวโน้มที่จะระเหยและเกิดไนตริฟิเคชั่น การเปลี่ยนยูเรียเป็นแอมโมเนียเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ที่เรียกว่ายูเรีย เอส สาร ยับยั้งยูเรียเอสที่นิยมใช้คือN -( n -butyl)thiophosphoric triamide ( NBPT )
การใช้เทคโนโลยีการให้ปุ๋ยอย่างระมัดระวังเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากสารอาหารส่วนเกินอาจเป็นอันตรายได้[59] ปุ๋ยอาจไหม้ได้เมื่อใส่ปุ๋ยมากเกินไป ส่งผลให้พืชได้รับความเสียหายหรืออาจถึงขั้นตายได้ ปุ๋ยแต่ละชนิดมีแนวโน้มที่จะไหม้แตกต่างกันตามดัชนีเกลือ[60] [61]
ปุ๋ยสังเคราะห์ที่ใช้ในภาคเกษตรกรรมมี ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมใน วง กว้าง
ตามรายงานพิเศษ ของ คณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (IPCC) เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและที่ดิน การผลิตปุ๋ยเหล่านี้และแนวทางการใช้ที่ดิน ที่เกี่ยวข้องเป็นตัวการที่ทำให้เกิด ภาวะโลกร้อน [ 3]การใช้ปุ๋ยยังส่งผลให้เกิดผลกระทบทางตรงต่อสิ่งแวดล้อมหลายประการ เช่น การไหลบ่าของดินจากการเกษตรซึ่งนำไปสู่ผลกระทบต่อเนื่อง เช่นพื้นที่ตายในมหาสมุทรและการปนเปื้อนของทางน้ำการเสื่อมโทรม ของจุลินทรีย์ ในดิน[62]และการสะสมของสารพิษในระบบนิเวศ ผลกระทบทางอ้อมต่อสิ่งแวดล้อม ได้แก่ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการแยกหินโดย ใช้ ก๊าซธรรมชาติในกระบวนการฮาเบอร์การขยายตัวของภาคเกษตรกรรมมีส่วนรับผิดชอบต่อการเติบโตอย่างรวดเร็วของประชากรมนุษย์และแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับการทำลายถิ่นที่อยู่อาศัยความกดดันต่อความหลากหลายทางชีวภาพและการสูญเสียดิน ทาง การเกษตร
เพื่อบรรเทาปัญหาสิ่งแวดล้อมและความมั่นคงด้านอาหารชุมชนนานาชาติได้รวมระบบอาหารไว้ในเป้าหมายการพัฒนาอย่างยั่งยืนข้อ 2ซึ่งมุ่งเน้นที่การสร้างระบบการผลิตอาหารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน[63]แนวทางนโยบายและข้อบังคับส่วนใหญ่ในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่การปรับเปลี่ยนแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรให้มุ่งสู่ แนวทางปฏิบัติทางการเกษตร ที่ยั่งยืนหรือฟื้นฟู : แนวทางปฏิบัติเหล่านี้ใช้ปุ๋ยสังเคราะห์น้อยลงการจัดการดิน ที่ดีขึ้น (เช่นการเกษตรแบบไม่ไถพรวน ) และใช้ปุ๋ยอินทรีย์มากขึ้น
กรดฟอสฟอริก 1 ตันที่ผลิตขึ้นจากการแปรรูปหินฟอสเฟต จะก่อให้เกิดของเสีย 5 ตัน ของเสียเหล่านี้มีลักษณะเป็นของแข็งกัมมันตภาพรังสีที่ไม่บริสุทธิ์และไม่มีประโยชน์ที่เรียกว่าฟอสโฟยิปซัมโดยคาดว่ามีของเสียฟอสโฟยิปซัมที่ผลิตขึ้นทั่วโลกปีละ 100,000,000 ถึง 280,000,000 ตัน[64]
ปุ๋ยฟอสฟอรัสและไนโตรเจนสามารถส่งผลกระทบต่อดิน น้ำผิวดิน และน้ำใต้ดินเนื่องจากการกระจายของแร่ธาตุ[47]ลงในทางน้ำอันเนื่องมาจากฝนตกหนัก[65] [66]หิมะละลาย และสามารถซึมลงไปในน้ำใต้ดินได้เมื่อเวลาผ่านไป[67] การไหลบ่าของน้ำจากการเกษตรเป็นสาเหตุหลักของการเกิดยูโทรฟิเคชั่นในแหล่งน้ำจืด ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกา ทะเลสาบประมาณครึ่งหนึ่งมียูโทรฟิเคชั่น ปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดยูโทรฟิเคชั่นคือฟอสเฟต ซึ่งโดยปกติแล้วเป็นสารอาหารที่จำกัด ความเข้มข้นสูงจะส่งเสริมการเติบโตของไซยาโนแบคทีเรียและสาหร่าย ซึ่งการตายจะกินออกซิเจน[68]การบานของไซยาโนแบคทีเรีย (' การบานของสาหร่าย ') ยังสามารถผลิตสารพิษ ที่เป็นอันตราย ซึ่งสามารถสะสมในห่วงโซ่อาหาร และอาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์ได้[69] [70]การไหลบ่าของปุ๋ยสามารถลดลงได้โดยใช้กลยุทธ์การใส่ปุ๋ยที่เหมาะสมกับสภาพอากาศ[65]
สารประกอบไนโตรเจนสูงที่พบในปุ๋ยที่ไหลบ่าเป็นสาเหตุหลักของภาวะขาดออกซิเจนอย่างรุนแรงในหลายส่วนของมหาสมุทรโดยเฉพาะในเขตชายฝั่ง ทะเลสาบและแม่น้ำการ ขาดออกซิเจนที่ละลายน้ำได้ส่งผลให้พื้นที่เหล่านี้ไม่สามารถดำรงอยู่ได้ อีกต่อไป[71]จำนวนเขตตายในมหาสมุทรใกล้แนวชายฝั่งที่มีผู้อยู่อาศัยกำลังเพิ่มขึ้น[72]
ณ ปี พ.ศ. 2549 การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนได้รับการควบคุมเพิ่มมากขึ้นในยุโรปตะวันตกเฉียงเหนือ[73]และสหรัฐอเมริกา[74] [75]ในกรณีที่สามารถย้อนกลับภาวะยูโทรฟิเคชั่นได้ อาจต้องใช้เวลาหลายทศวรรษ[76]และต้องมีการจัดการดินอย่างมีนัยสำคัญ[77]ก่อนที่ไนเตรตที่สะสมอยู่ในน้ำใต้ดินจะถูกย่อยสลายโดยกระบวนการทางธรรมชาติ
ปุ๋ยไนโตรเจนเพียงเศษเสี้ยวหนึ่งเท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นสสารจากพืช ส่วนที่เหลือจะสะสมอยู่ในดินหรือสูญเสียไปในรูปของตะกอน[78]การใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนในปริมาณสูงร่วมกับ ไนเตรต ที่ละลายน้ำ ได้สูง ทำให้ตะกอนไหลลงสู่ผิวน้ำ เพิ่มขึ้น รวมทั้งซึมลงสู่แหล่งน้ำใต้ดิน ทำให้เกิดมลพิษในน้ำใต้ดิน[79] [ 80] [81]การใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนมากเกินไป (ไม่ว่าจะเป็นปุ๋ยสังเคราะห์หรือปุ๋ยธรรมชาติ) เป็นอันตรายอย่างยิ่ง เนื่องจากไนโตรเจนจำนวนมากที่พืชไม่สามารถดูดซึมได้จะถูกแปลงเป็นไนเตรตซึ่งสามารถซึมออกได้ง่าย[82]
ระดับไนเตรตที่สูงกว่า 10 มก./ล. (10 ppm) ในน้ำใต้ดินอาจทำให้เกิด " โรคเด็กตัวเขียว " ( เมทฮีโมโกลบิน ในเลือด ) [83]สารอาหาร โดยเฉพาะไนเตรต ในปุ๋ยอาจทำให้เกิดปัญหาต่อแหล่งที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติและสุขภาพของมนุษย์ได้ หากถูกชะล้างออกจากดินสู่ทางน้ำ หรือซึมผ่านดินลงสู่แหล่งน้ำใต้ดิน[84]การไหลบ่าอาจทำให้เกิดการออกดอกของสาหร่ายที่ใช้ออกซิเจนจนหมดและทิ้ง "โซนตาย" ขนาดใหญ่ไว้เบื้องหลัง ซึ่งปลาและสิ่งมีชีวิตในน้ำอื่นๆ ไม่สามารถดำรงอยู่ได้[85]
ภาวะดินเป็นกรดหมายถึงกระบวนการที่ระดับ pH ของดินเปลี่ยนเป็นกรดมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ค่า pH ของดินเป็นการวัดความเป็นกรดหรือด่างของดินและกำหนดโดยใช้มาตราส่วนตั้งแต่ 0 ถึง 14 โดย7คือค่ากลาง ค่า pH ต่ำกว่า 7 แสดงว่าดินเป็นกรด ในขณะที่ค่า pH สูงกว่า 7 แสดงว่าดินเป็นด่างหรือเบส
ภาวะเป็นกรดของดินเป็นปัญหาสำคัญในภาคเกษตรกรรมและพืชสวน ซึ่งหมายถึงกระบวนการที่ดินมีสภาพเป็นกรดมากขึ้นตามกาลเวลา
ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนอาจทำให้ดินเป็นกรดเมื่อใส่ลงไป[86] [87]ซึ่งอาจส่งผลให้ธาตุอาหารลดลงซึ่งอาจชดเชยได้ด้วยการปรับ สภาพดินด้วย ปูนขาวปุ๋ยเหล่านี้จะปล่อยไอออนแอมโมเนียมหรือไนเตรต ซึ่งสามารถทำให้ดินเป็นกรดได้เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี
เมื่อใส่ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนเหล่านี้ลงในดิน จะทำให้ความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจน (H+) ในสารละลายดินเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ค่า pH ของดินลดลง
ความเข้มข้นของแคดเมียมในปุ๋ยที่มีฟอสฟอรัสแตกต่างกันอย่างมากและอาจเป็นปัญหาได้[88]ตัวอย่างเช่น ปุ๋ยโมโนแอมโมเนียมฟอสเฟตอาจมีปริมาณแคดเมียมต่ำถึง 0.14 มก./กก. หรือสูงถึง 50.9 มก./กก. [89]หินฟอสเฟตที่ใช้ในการผลิตอาจมีแคดเมียมมากถึง 188 มก./กก. [90] (ตัวอย่างได้แก่ ตะกอนในนาอูรู[91]และหมู่เกาะคริสต์มาส[92] ) การใช้ปุ๋ยที่มีแคดเมียมสูงอย่างต่อเนื่องสามารถปนเปื้อนดิน (ดังที่แสดงในนิวซีแลนด์) [93]และพืช[94]คณะกรรมาธิการยุโรปได้พิจารณาถึงขีดจำกัดของปริมาณแคดเมียมในปุ๋ยฟอสเฟต[95] [96] [97]ปัจจุบันผู้ผลิตปุ๋ยที่มีฟอสฟอรัสจะเลือกหินฟอสเฟตตามปริมาณแคดเมียม[68]
หินฟอสเฟตมีฟลูออไรด์ในระดับสูง ดังนั้น การใช้ปุ๋ยฟอสเฟตอย่างแพร่หลายจึงทำให้ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ในดินเพิ่มขึ้น[94]พบว่าการปนเปื้อนอาหารจากปุ๋ยนั้นไม่น่ากังวลนัก เนื่องจากพืชสะสมฟลูออไรด์จากดินเพียงเล็กน้อย สิ่งที่น่ากังวลยิ่งกว่าคือความเป็นไปได้ที่ฟลูออไรด์จะเป็นพิษต่อปศุสัตว์ที่กินดินที่ปนเปื้อนเข้าไป[98] [99]นอกจากนี้ ผลกระทบของฟลูออไรด์ต่อจุลินทรีย์ในดินก็น่ากังวลเช่นกัน[98] [99] [100]
ปริมาณกัมมันตภาพรังสีในปุ๋ยแตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับความเข้มข้นในแร่ธาตุต้นกำเนิดและกระบวนการผลิตปุ๋ย[94] [101]ความเข้มข้นของยูเรเนียม-238 อาจอยู่ในช่วง 7 ถึง 100 pCi/g (พิโคคูรีต่อกรัม) ในหินฟอสเฟต[102]และตั้งแต่ 1 ถึง 67 pCi/g ในปุ๋ยฟอสเฟต[103] [104] [105]ในกรณีที่ใช้ปุ๋ยฟอสฟอรัสในอัตราสูงต่อปี อาจส่งผลให้ความเข้มข้นของยูเรเนียม-238 ในดินและน้ำระบายน้ำสูงกว่าปกติหลายเท่า[104] [106]อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของการเพิ่มขึ้นเหล่านี้ต่อความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์จากการปนเปื้อนของเรดินิวไคลด์ในอาหารนั้นน้อยมาก (น้อยกว่า 0.05 m Sv /y) [104] [107] [108]
ของเสียจากอุตสาหกรรมเหล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่เป็นปุ๋ยเนื่องจากมีสังกะสี ในปริมาณสูง (ซึ่งจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช) ของเสียเหล่านี้อาจรวมถึงโลหะที่เป็นพิษต่อไปนี้ : ตะกั่ว [ 109 ] สารหนูแคดเมียม[ 109]โครเมียม และนิกเกิล ธาตุที่เป็นพิษที่พบมากที่สุดในปุ๋ยประเภทนี้คือปรอท ตะกั่วและสารหนู[110] [111] [112]สิ่งเจือปนที่อาจเป็นอันตรายเหล่านี้สามารถกำจัดออกได้ อย่างไรก็ตาม จะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ปุ๋ยที่มีความบริสุทธิ์สูงหาซื้อได้ทั่วไปและอาจรู้จักกันดีในชื่อปุ๋ยที่ละลายน้ำได้สูงซึ่งมีสีย้อมสีฟ้าที่ใช้ภายในบ้าน เช่นMiracle-Groปุ๋ยที่ละลายน้ำได้สูงเหล่านี้ใช้ในธุรกิจเรือนเพาะชำต้นไม้และมีจำหน่ายในบรรจุภัณฑ์ขนาดใหญ่ในราคาที่ถูกกว่าปริมาณขายปลีกอย่างมาก ปุ๋ยเม็ดสำหรับสวนปลีกราคาไม่แพงบางชนิดผลิตขึ้นด้วยส่วนผสมที่มีความบริสุทธิ์สูง
ความสนใจได้รับการเน้นไปที่ความเข้มข้นที่ลดลงของธาตุต่างๆ เช่น เหล็ก สังกะสี ทองแดง และแมกนีเซียมในอาหารหลายชนิดในช่วง 50-60 ปีที่ผ่านมา[113] [114] แนวทาง การทำฟาร์มแบบเข้มข้นรวมถึงการใช้ปุ๋ยสังเคราะห์ มักถูกเสนอแนะว่าเป็นสาเหตุของการลดลงเหล่านี้ และมักมีการเสนอแนะให้ทำฟาร์มอินทรีย์เป็นแนวทางแก้ไข[114]แม้ว่าผลผลิตพืชที่เพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากปุ๋ย NPK จะทำให้ความเข้มข้นของสารอาหารอื่นๆ ในพืชเจือจางลง[113] [115]การลดลงที่วัดได้ส่วนใหญ่สามารถอธิบายได้ด้วยการใช้พันธุ์พืชที่ให้ผลผลิตสูงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งให้ผลผลิตอาหารที่มีความเข้มข้นของแร่ธาตุต่ำกว่าบรรพบุรุษที่ให้ผลผลิตน้อยกว่า[113] [116] [117]ดังนั้น การทำฟาร์มอินทรีย์หรือการลดการใช้ปุ๋ยจึงไม่น่าจะช่วยแก้ปัญหาได้ อาหารที่มีความหนาแน่นของสารอาหารสูงมักทำได้โดยใช้พันธุ์พืชเก่าที่ให้ผลผลิตต่ำกว่า หรือการพัฒนาพันธุ์พืชใหม่ที่ให้ผลผลิตสูงและหนาแน่นของสารอาหาร[113] [118]
ปุ๋ยมีแนวโน้มที่จะแก้ปัญหาการขาดแร่ธาตุได้มากกว่าที่จะเป็นสาเหตุของปัญหาดังกล่าว ในออสเตรเลียตะวันตก การขาดสังกะสีทองแดงแมงกานีสเหล็ก และโมลิบดีนัมถูกระบุว่าเป็นอุปสรรคต่อการเจริญเติบโตของพืชผลและทุ่งหญ้าในพื้นที่กว้างใหญ่ในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1940 และ 1950 [119]ดินในออสเตรเลียตะวันตกเป็นดินเก่ามาก มีสภาพอากาศแปรปรวน และขาดสารอาหารหลักและธาตุอาหารรองหลายชนิด[119]ตั้งแต่นั้นมา ธาตุอาหารรองเหล่านี้จึงถูกใส่ลงในปุ๋ยที่ใช้ในภาคเกษตรกรรมในรัฐนี้เป็นประจำ[119]ดินอื่นๆ หลายแห่งทั่วโลกขาดสังกะสี ทำให้พืชและมนุษย์ขาดแคลน ปุ๋ยสังกะสีจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อแก้ปัญหานี้[120]
การใช้ปุ๋ยในระดับสูงอาจทำให้ความ สัมพันธ์ แบบพึ่งพากันระหว่างรากพืชกับเชื้อราไมคอร์ไร ซาเสื่อมลง [121]
ปุ๋ยส่วนใหญ่ทำมาจากไฮโดรเจนที่สกปรก[122]แอมโมเนียผลิตจากก๊าซธรรมชาติและอากาศ[123]ต้นทุนของก๊าซธรรมชาติคิดเป็นประมาณ 90% ของต้นทุนการผลิตแอมโมเนีย[124]การเพิ่มขึ้นของราคาก๊าซธรรมชาติในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา รวมถึงปัจจัยอื่นๆ เช่น ความต้องการที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ราคาปุ๋ยเพิ่มขึ้น[125]
ปริมาณก๊าซเรือนกระจก คาร์บอนไดออกไซด์มีเทนและไนตรัสออกไซด์ที่ผลิตขึ้นในระหว่าง การ ผลิตและการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนนั้นประมาณว่าอยู่ที่ประมาณ 5% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์ หนึ่งในสามเกิดขึ้นใน ระหว่างการผลิตและสองในสามเกิดขึ้นจากการใช้ปุ๋ย[126] แบคทีเรียในดินสามารถเปลี่ยนปุ๋ยไนโตรเจนให้เป็นไนตรัสออกไซด์ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกได้[127]ไนตรัสออกไซด์ที่มนุษย์ปล่อยออกมา ซึ่งส่วนใหญ่มาจากปุ๋ย ระหว่างปี 2007 ถึง 2016 คาดว่าจะมีการปล่อยอยู่ที่ 7 ล้านตันต่อปี[128]ซึ่งไม่สอดคล้องกับการจำกัดภาวะโลกร้อนให้ต่ำกว่า 2 °C [129]
การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนเพิ่มขึ้น ซึ่งใช้ในอัตราประมาณ 110 ล้านตันต่อปีในปี 2012 [130] [131] ไนตรัสออกไซด์ (N 2 O) กลาย เป็น ก๊าซเรือนกระจก ที่สำคัญเป็นอันดับสาม รองจากคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนซึ่งเพิ่มปริมาณไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาได้อยู่ แล้ว ไนตรัสออกไซด์มี ศักยภาพในการทำให้โลกร้อนมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีมวลเท่ากันถึง 296 เท่า และยังส่งผลต่อการทำลายโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์อีกด้วย[132] การเปลี่ยนกระบวนการและขั้นตอนทำให้สามารถบรรเทาผลกระทบบางส่วนต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ที่เกิดจากมนุษย์ได้ แต่ไม่ใช่ ทั้งหมด[133]
การปล่อยก๊าซมีเทนจากทุ่งนา (โดยเฉพาะนา ข้าว ) เพิ่มขึ้นจากการใช้ปุ๋ยที่มีแอมโมเนียมเป็นส่วนประกอบ การปล่อยก๊าซเหล่านี้ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลก เนื่องจากมีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพ[134] [135]
ในยุโรป ปัญหาเรื่องความเข้มข้นของไนเตรตที่สูงในน้ำไหลบ่ากำลังได้รับการแก้ไขโดยคำสั่งไนเตรตของสหภาพยุโรป[136]ในอังกฤษเกษตรกรได้รับการสนับสนุนให้จัดการที่ดินของตนอย่างยั่งยืนมากขึ้นใน "การทำฟาร์มที่คำนึงถึงพื้นที่ลุ่มน้ำ" [137]ในสหรัฐอเมริกาความเข้มข้นสูงของไนเตรตและฟอสฟอรัสในน้ำไหลบ่าและน้ำระบายน้ำถูกจัดเป็นมลพิษจากแหล่งที่ไม่ชัดเจนเนื่องจากมีแหล่งกำเนิดที่กระจัดกระจาย มลพิษนี้ถูกควบคุมในระดับรัฐ[138] ทั้งโอเรกอนและวอชิงตันซึ่งทั้งคู่ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา มีโปรแกรมลงทะเบียนปุ๋ยพร้อมฐานข้อมูลออนไลน์ที่แสดงรายการการวิเคราะห์ทางเคมีของปุ๋ย[139] [140]
ในประเทศจีนได้มีการบังคับใช้กฎระเบียบเพื่อควบคุมการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนในภาคการเกษตร ในปี 2008 รัฐบาลจีนเริ่มถอนเงินอุดหนุนปุ๋ยบางส่วน รวมถึงการอุดหนุนการขนส่งปุ๋ย การใช้ไฟฟ้าและก๊าซธรรมชาติในอุตสาหกรรม ส่งผลให้ราคาปุ๋ยสูงขึ้นและฟาร์มขนาดใหญ่เริ่มใช้ปุ๋ยน้อยลง หากฟาร์มขนาดใหญ่ยังคงลดการอุดหนุนปุ๋ยต่อไป พวกเขาไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากต้องใช้ปุ๋ยที่มีอยู่ให้เหมาะสมที่สุด ซึ่งจะส่งผลให้ผลผลิตและกำไรของเมล็ดพืชเพิ่มขึ้น[141]
ในเดือนมีนาคม 2022 กระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกาได้ประกาศให้เงินช่วยเหลือใหม่มูลค่า 250 ล้านดอลลาร์เพื่อส่งเสริมการผลิตปุ๋ยในอเมริกา โครงการให้เงินช่วยเหลือนี้เป็นส่วนหนึ่งของ Commodity Credit Corporation ซึ่งจะสนับสนุนการผลิตปุ๋ยที่เป็นอิสระจากซัพพลายเออร์ปุ๋ยรายใหญ่ ผลิตในอเมริกา และใช้เทคนิคการผลิตที่สร้างสรรค์เพื่อกระตุ้นการแข่งขันในอนาคต[142]
แนวทางการจัดการเกษตรกรรมมีอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ เกษตรอินทรีย์และเกษตรกรรมทั่วไป ประเภทแรกส่งเสริมความอุดมสมบูรณ์ของดินโดยใช้ทรัพยากรในท้องถิ่นเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด เกษตรอินทรีย์หลีกเลี่ยงสารเคมีทางการเกษตรสังเคราะห์ เกษตรกรรมทั่วไปใช้ส่วนประกอบทั้งหมดที่เกษตรอินทรีย์ไม่ใช้[143]
{{cite book}}
: |website=
ไม่สนใจ ( ช่วยด้วย ){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite book}}
: |journal=
ไม่สนใจ ( ช่วยด้วย ){{cite book}}
: |journal=
ไม่สนใจ ( ช่วยด้วย ){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)