Split injection with BNI breaks the trade-off between NH3 and greenhouse gas emissions in rice-wheat rotations

Os agricultores enfrentam há muito tempo uma escolha difícil ao alimentar as suas culturas. Para cultivar comida suficiente para um mundo em crescimento, eles devem aplicar fertilizante nitrogenado, mas a forma como o aplicam frequentemente cria uma cascata de problemas ambientais. Quando os agricultores espalham fertilizante seco na superfície dos seus campos, uma grande parte desse nitrogênio escapa para o ar como gás amônia, contribuindo para o smog e a chuva ácida. Se tentarem corrigir isso enterrando o fertilizante profundamente no solo para evitar que ele escape, muitas vezes desencadeiam um problema diferente: o nitrogênio enterrado pode transformar-se em óxido nitroso, um potente gás de efeito estufa que retém o calor de forma muito mais eficaz do que o dióxido de carbono. Durante décadas, cientistas lutaram para encontrar um método que impeça tanto a subida da amônia quanto a formação de gases de efeito estufa sem sacrificar o rendimento das culturas.

Nos campos de arroz e trigo da região de Taihu, na China, uma equipa de investigadores testou uma nova abordagem que parece resolver este dilema. Eles combinaram duas técnicas específicas: injetar fertilizante líquido profundamente no solo em duas doses separadas e adicionar uma substância natural que abranda a decomposição química do nitrogênio. Os resultados, observados ao longo de dois ciclos completos de cultivo, mostam que esta combinação não só reduz as emissões de amônia e de gases de efeito estufa, como também aumenta a quantidade de grão colhido. O estudo sugere que, ao mudar onde e como o nitrogênio é entregue à planta, os agricultores podem proteger o ar e o clima, mantendo simultaneamente a alimentação da população.

O experimento teve lugar numa região conhecida pela sua agricultura intensiva, onde o arroz é cultivado no verão e o trigo no inverno. Os investigadores criaram uma série de parcelas de teste para comparar diferentes formas de gestão de nitrogênio. Um grupo recebeu o tratamento tradicional: ureia seca espalhada sobre a superfície do campo em três aplicações distintas. Outro grupo recebeu uma quantidade reduzida deste mesmo fertilizante de superfície. Um terceiro grupo recebeu a quantidade reduzida, mas com um inibidor de nitrificação biológico adicionado, uma substância derivada de raízes de sorgo que abranda naturalmente a conversão de amônio em nitrato. O grupo final, que se tornou o foco do avanço, recebeu um fertilizante líquido solúvel em água injetado dez centímetros abaixo da superfície do solo. Esta injeção ocorreu duas vezes: uma no início da estação e outra mais tarde, cronometrada para coincidir com as necessidades de crescimento da cultura. Este grupo de injeção profunda também foi testado com e sem o inibidor biológico.

Os resultados revelaram um contraste gritante entre os métodos. A aplicação tradicional de superfície resultou em perdas massivas de amônia. Na época do arroz, o tratamento de superfície libertou mais de quarenta e seis quilogramas de nitrogênio por hectare como gás amônia. Na época do trigo, a perda foi de quase quatorze quilogramas por hectare. Esta perda não só polui o ar, como representa dinheiro desperdiçado para o agricultor. Quando os investigadores adicionaram o inibidor biológico ao fertilizante de superfície, o problema agravou-se. O inibidor conseguiu abrandar a decomposição do nitrogênio, mas, como o fertilizante estava parado na superfície, o nitrogênio permaneceu lá por mais tempo numa forma que poderia facilmente escapar como gás. Na época do trigo, esta combinação aumentou, de facto, a perda de amônia em sessenta e sete por cento em comparação com o fertilizante reduzido sozinho.

O método de injeção profunda, porém, alterou inteiramente o desfecho. Ao empurrar o fertilizante líquido dez centímetros para baixo da terra, os investigadores prenderam efetivamente o nitrogênio onde as raízes das plantas pudessem alcançá-lo. Nas parcelas onde o fertilizante foi injetado sem o inibidor, as perdas de amônia caíram para menos de um quilograma por hectare, um nível estatisticamente indistinguível das parcelas de controlo que não receberam qualquer fertilizante. O nitrogênio simplesmente não estava disponível para escapar para o ar porque estava enterrado profundamente no solo, longe da atmosfera.

Esta separação física do nitrogênio em relação ao ar também resolveu o problema dos gases de efeito estufa. O estudo mediu as emissões de óxido nitroso e metano, os dois principais gases de efeito estufa provenientes da agricultura. O método tradicional de superfície produziu os níveis mais elevados destes gases. O método de injeção profunda, mesmo sem o inibidor, reduziu significativamente as emissões de óxido nitroso em quase sessenta por cento no arroz e quarenta e três por cento no trigo. Quando os investigadores adicionaram o inibidor biológico ao método de injeção profunda, a redução foi ainda mais dramática. Na época do arroz, as emissões de óxido nitroso caíram setenta e um por cento em comparação com o método tradicional. Na época do trigo, a redução foi de cinquenta e quatro por cento. As emissões de metano, que são produzidas principalmente nos campos de arroz inundados, também diminuíram cerca de trinta e quatro por cento no arroz e quarenta e sete por cento no trigo quando utilizado o método combinado de injeção profunda e inibidor.

O mecanismo por trás deste sucesso reside em como o nitrogênio se move e se transforma no solo. Quando o fertilizante é espalhado na superfície, fica na camada superior onde o oxigênio é abundante, permitindo que as bactérias o convertam rapidamente em nitrato, que depois escapa como óxido nitroso ou é lavado. Quando o fertilizante é injetado profundamente, permanece numa zona com menos oxigênio, onde se mantém como amônio, uma forma que as plantas preferem. O inibidor biológico abranda ainda mais as bactérias que, de outra forma, transformariam este amônio em nitrato. Como o nitrogênio é mantido profundamente no solo e mantido na forma de amônio, não está disponível para ser convertido nos gases que prejudicam o clima. O estudo confirmou isto ao medir o solo diretamente, mostrando que o amônio permaneceu concentrado perto do local de injeção enquanto os níveis de nitrato permaneceram baixos.

Para além dos benefícios ambientais, o novo método melhorou a colheita. As parcelas que utilizaram a injeção profunda dividida com o inibidor biológico produziram os maiores rendimentos de todos. A colheita de arroz aumentou quase seis por cento em comparação com o método tradicional, e a colheita de trigo saltou quase vinte por cento. Isto foi alcançado embora os investigadores tenham aplicado menos nitrogênio total nestas parcelas. O método tradicional utilizava trezentos quilogramas de nitrogênio por hectare para o arroz, enquanto o novo método utilizou apenas cento e oitenta. A eficiência do novo método significou que mais fertilizante acabou no grão em vez de ser perdido para o ar ou para o solo. A análise económica mostrou que, apesar do custo mais elevado do fertilizante líquido e do equipamento especializado necessário para o injetar, a poupança decorrente da redução do dano ambiental e do aumento do valor da colheita tornou o novo método globalmente mais lucrativo.

O estudo destaca uma lição crítica sobre a tecnologia agrícola: a colocação de uma solução importa tanto quanto a própria solução. O inibidor biológico, quando usado na superfície, agravou o problema da amônia. Mas quando o mesmo inibidor foi usado com a injeção profunda, tornou-se parte de um sistema altamente eficaz. A colocação profunda impediu a fuga da amônia, permitindo que o inibidor fizesse o seu trabalho de abrandar a formação de nitrato sem a penalização de um aumento da poluição atmosférica. Esta combinação de injeção profunda e inibição biológica oferece uma forma de quebrar o compromisso que tem assolado os agricultores durante anos. Demonstra que é possível reduzir a poluição por nitrogênio e as emissões de gases de efeito estufa simultaneamente, aumentando a produção de alimentos, desde que o fertilizante seja entregue diretamente onde a planta precisa. Os investigadores referem que, para que este método se torne generalizado, será necessária uma melhor maquinaria para injetar fertilizante líquido em larga escala, mas o potencial para uma agricultura mais limpa e produtiva está agora claramente ao nosso alcance.