ISSN 1678-0701
Número 64, Ano XVII.
Junho-Agosto/2018.
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14/06/2018ALTERAÇÕES NO CICLO DO N, RISCOS E CONSEQUÊNCIAS PARA HUMANIDADE  
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Revista Educação ambiental em Ação 33

ALTERAÇÕES NO CICLO DO N, RISCOS E CONSEQUÊNCIAS PARA HUMANIDADE





LIMA¹, Rodrigo Gallotti; LIMA2, Anita Maria de; GOMES3, Laura Jane.

¹Doutorando pelo Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente (PRODEMA) da Universidade Federal de Sergipe – UFS – (florafertil@yahoo.com.br).

²Doutora em Engenharia Química – Professora do Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente (PRODEMA) da Universidade Federal de Sergipe – UFS – (anita.lima@gmail.com)

3Doutora em Engenharia Agrícola – Professora do Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente (PRODEMA) da Universidade Federal de Sergipe – UFS – (laurabuturi@gmail.com)



RESUMO



Este artigo tem como objetivo apresentar uma revisão de literatura para alertar sobre impactos e consequências de questões socioeconômicas e ambientais do nitrogênio reativo, que tem aumentado sua geração devido a ações antrópicas, principalmente pela síntese do nitrogênio molecular atmosférico para produção de fertilizantes nitrogenados. A necessidade cada vez maior de mais alimentos, mais energia, além do aumento do uso de combustíveis fósseis, tem gerado grandes emissões de nitrogênio reativo (Nr) à atmosfera, bem como para outros compartimentos ambientais. Diversos limites no que se refere a saúde ambiental e humana já foram excedidos, devido às grandes emissões do Nr. Além disso, cada efeito ambientalmente negativo ainda pode ser aumentado devido ao fenômeno conhecido como cascata de nitrogênio, onde um único átomo de Nr pode desencadear em sequência, um efeito ambientalmente negativo em cascata. Apesar de em algumas situações ficar claro a causa dos efeitos gerados pelo Nr, a exemplo da eutrofização, SMOG fotoquímico, mortandade em zonas costeiras, dentre outras, em outros casos, compostos nitrogenados reativos atuam como agentes importantes, pois, potencializam problemas ambientais ainda maiores a exemplo da perda de biodiversidade, aquecimento global etc., fato que às vezes oculta a importante atuação desses poluentes e que promovem os mais diversos problemas ambientais a nível continental.



Palavras-Chave: Nitrogênio Reativo; Ciclo do Nitrogênio; Campus Sustentáveis; Sustentabilidade.



ABSTRACT



This article aims to present a literature review to alert about the impacts and consequences of socioeconomic and environmental issues of reactive nitrogen, which has increased its generation due to anthropogenic actions, mainly by the synthesis of atmospheric molecular nitrogen for the production of nitrogen fertilizers. The increasing need for more food, more energy, in addition to increased use of fossil fuels, has generated large emissions of reactive nitrogen (Nr) to the atmosphere, as well as to other environmental compartments. Several environmental and human health limits have already been exceeded due to the large emissions of Nr. In addition, each environmentally negative effect can still be increased due to the phenomenon known as nitrogen cascade, where a single Nr atom can trigger in sequence, an environmentally negative cascade effect. Although in some situations it is clear the cause of the effects generated by Nr, such as eutrophication, photochemical SMOG, coastal mortality, among others, in other cases, reactive nitrogen compounds act as important agents, since, they potentiate even greater environmental problems such as the loss of biodiversity, global warming, etc., which sometimes hides the important role of these pollutants and which promote the most diverse environmental problems at the continental level.



Keywords: Reactive Nitrogen; Nitrogen Cycle; Sustainable Campus; Sustainability.





INTRODUÇÃO



O nitrogênio (N) na sua forma molecular (N2) é o elemento mais abundante na atmosfera, além de ser incolor, inodoro e estável, não pode ser utilizado diretamente por plantas e animais. Algumas bactérias no solo, raízes de plantas, além de sistemas aquáticos são agentes conversores do N2 para sua forma reativa (Nr), a partir disso, ocorre a absorção do N por plantas e animais. O Nr contempla os nitrogênios inorgânico e orgânico, tais como proteínas, DNA, N2O, NH3, etc (GALLOWAY, 1998; ERISMAN et al., 2007; WARD, 2012; GALLOWAY, et al., 2014; WWF, 2015).

Em ecossistemas terrestres, o N2 precisa ser transformado em Nr para que os animais e as plantas possam utilizá-lo. Isso pode acontecer naturalmente de três modos: fixação biológica de N (FBN), raios e erupções vulcânicas (GALLOWAY et al., 2003). A FBN é a fonte natural dominante, que produz amoníaco (NH3) no solo, responsável pela produção de 90% do total Nr natural nos ecossistemas terrestres (FOWLER et al., 2013). Este processo é realizado por organismos, como os que vivem em simbiose com organismos superiores (a exemplo de plantas da família das leguminosas). Já os raios produzem formas oxidadas (NOx) na troposfera, que por fim é depositado na superfície da Terra. As erupções vulcânicas liberam Nr da crosta terrestre armazenados na forma de amônia (NH3). Em suma, os três processos naturais de fixação produzem cerca de 63 Tg N ano-1 em ecossistemas terrestres. Já a FBN marinha equivale a 140 Tg N ano-1, desses, parte é enterrado em sedimentos, o restante eventualmente é desnitrificado e retorna para atmosfera como N2 ou N2O (FOWLER et al., 2013).

No tocante as suas funcionalidades, o biogeociclo do N participa ativamente de todos os compartimentos ambientais do planeta, fato que o torna fundamental à biota, inclusive para vida humana, uma vez que cerca de 16% do corpo humano são constituídos por proteínas, sendo o N um de seus principais componentes. Além disso, o nitrogênio é elemento base nas mais diversas atividades humanas, a exemplo da indústria de cosméticos, como um substituto para os gases formados por clorofluorcarbonos (CFC’s) nos refrigeradores, armamentos, explosivos, alimentação humana e animal, agricultura, pecuária, dentre outros (ERISMAN et al., 2007). Para animais e vegetais o N é nutriente essencial para o desenvolvimento.

O ciclo do nitrogênio tem sido muito alterado pela ação antrópica ao longo dos últimos 100 anos, pois, cerca de dois terços do fluxo anual de Nr que entra na atmosfera desde o início do século 21 foi gerado por ações antrópicas (GALLOWAY et al., 2004; FOWLER et al., 2013, 2015). Consequentemente, isso tem promovido efeitos danosos a exemplo de mudanças no clima, redução da biodiversidade, danos à saúde humana através de aerossóis e ozônio (ERISMAN et al., 2013; SUTTON et al., 2011). Por outro lado, a modificação do ciclo N também trouxe importantes benefícios, pois, somente através da fixação industrial do N é que se tornou possível o fornecimento de alimentos para uma população humana global de sete bilhões além de estimular o sequestro global de CO2 por ecossistemas terrestres e marinhos (ZAEHLE, 2013; SUTTON et al., 2013).



ALTERAÇÕES NO CICLO DO N



O Nr é o nutriente mais limitante na agricultura, pois, exige uma maior FBN para aumentar a produção agrícola. Os agricultores aplicam estrume nos campos ou usam a enzima nitrogenase, ou bactérias como Rhizobium spp. (associada com plantas leguminosas) e Spirillum lipoferum (associada com ervas de cereais), que pode fixar N2 atmosférico e transformá-lo em uma forma absorvível pelas plantas. Estas bactérias existem em uma relação simbiótica com plantas leguminosas. No entanto, a FBN é um processo lento e fornece apenas quantidades limitadas de Nr para a biosfera (WWF, 2015).

Em meados do século 20, os métodos tradicionais de abastecimento Nr às culturas não mais atendia a crescente demanda por alimentos (ERISMAN et al., 2007). Diante disso, em 1908, Fritz Haber descobriu e patenteou o processo e as condições para produção de amônia (NH3) a partir de N2. Em 1913, Carl Bosch otimizou o sistema de Haber e expandiu para uma produção de NH3 em escala industrial. As descobertas destes pesquisadores conduziram ao processo que atualmente é conhecido como processo Haber-Bosch. Cerca de 40 anos depois, o processo Haber-Bosch foi amplamente introduzido como um componente principal da Revolução Verde na agricultura (ERISMAN et al., 2008; GALLOWAY, 1998; GALLOWAY et al., 2003, 2004, 2013, 2014; WWF, 2015). Em seguida, a produção mundial de alimentos aumentou de modo exponencial, bem como a população humana. Na década de 1970, a produção de NH3 artificial tornou-se mais importante do que a fixação biológica terrestre de N em ecossistemas não gerenciados em todo planeta (ERISMAN et al., 2008; GALLOWAY, 1998; GALLOWAY et al., 2013). Atualmente a NH3 produzida industrialmente é abundante e acessível em todas as partes do mundo. Estima-se que, sem o Nr adicional produzido pelo processo Haber-Bosch, apenas 3 bilhões de pessoas (menos de 50% da população global atual) teriam alimento suficiente, dada dietas atuais e as práticas agrícolas (SMIL, 2001; ERISMAN et al., 2007, 2008). Globalmente, cerca de 75% da produção Nr antropogênica decorre de fixação industrial de N e 25% a partir de combustíveis fósseis e da queima de biomassa (sob a forma de NOx) (GALLOWAY et al., 2013; FOWLER et al., 2013). Nos dias atuais, somente a produção de Nr voltada para agricultura é responsável por mais do dobro da quantidade natural pré-industrial produzida nos ecossistemas terrestres (FOWLER et al., 2013; WWF, 2015).

A Figura 1, ilustra o ciclo do Nr onde o N circula da atmosfera para a biosfera terrestre e aquática através de compostos orgânicos e, em seguida, de volta para a atmosfera. As plantas assimilam Nr diretamente na forma de nitratos e amônio que podem estar presentes no solo a partir de depósitos minerais naturais, de fertilizantes artificiais, esterco animal, matéria orgânica em decomposição ou deposição atmosférica, sendo que uma fração significativa de N-fertilizante aplicado na agricultura não é assimilado e é liberado para o meio ambiente. O gado também emite grandes quantidades de Nr sob a forma de NH3 (devido a reação entre o estrume e urina). O excesso Nr entra no sistema hidrológico através da lixiviação e do escoamento e segue com fluxo de águas subterrâneas/superficiais ou é emitido para a atmosfera (WWF, 2015).











Figura 1 – Ciclo do Nr.

Fonte: Adaptado de WWF (2015)



O incremento da produção agrícola diante da elevada produção de fertilizantes sintéticos de base nitrogenada foi responsável por impactos positivos na agricultura bem como na nutrição humana a nível mundial, no entanto, trouxe também sérios efeitos ambientais indesejáveis que são cada vez mais potencializados com a alteração do ciclo do N decorrente do excesso de Nr nos diversos compartimentos ambientais do planeta. A exemplo disso, o Nr quando liberado, suas cascatas fluem através da biota e do ambiente físico, alterando formas e promovendo uma série de impactos a nível local, regional e global ao longo do tempo (GALLOWAY et al., 2003; FOWLER et al., 2013). De acordo com a UNEP (2014) o nitrogênio move-se através do ambiente e o mesmo átomo de N pode contribuir para múltiplos efeitos negativos no ar, em terra, em sistemas de água doce e marinhos, e sobre a saúde humana. A esta sequência contínua durante um longo período denomina-se “Cascata de N” (GALLOWAY et al., 2003; UNEP, 2014).



CONSEQUÊNCIAS DAS ALTERAÇÕES DO CICLO DO N, RISCOS PARA HUMANIDADE E MEIO AMBIENTE



O uso humano desmesurado de fertilizantes sintéticos nitrogenados, esterco e de combustíveis fósseis têm modificado drasticamente o biogeociclo do N. O Ciclo do N tem sido mais alterado do que o Ciclo do Carbono, dobrando a criação da Nr diante do aumento da concentração de CO2 na atmosfera em 20-30% e isso tem promovido grandes impactos e consequências (FOWLER et al., 2013; GALLOWAY et al., 2013; WWF, 2015). Isso é decorrente do deficiente processo de aplicação dos fertilizantes sintéticos na agricultura, pois, grande parte do nitrogênio transformado é liberado para biosfera. A queima de combustíveis fósseis também emite grandes quantidades de óxidos de nitrogênio à atmosfera. Diante desses lançamentos e do fato de que os humanos convertem muito mais N2 da atmosfera em formas de Nr, do que todos os processos naturais da Terra em sistemas terrestres combinados, diversas alterações perigosas do ciclo de nitrogênio à nível mundial tem ocorrido, além de consequentes perturbações no ciclo do carbono etc (ROCKSTROM et al., 2009; GALLOWAY, 2008; GALLOWAY et al., 2003, 2004, 2008, 2013, 2014; FOWLER et al., 2013; WWF, 2015).

Para Rockstrom et al., (2009) as ações antrópicas já ultrapassaram fronteiras planetárias seguras para alguns subsistemas do planeta. Eles alegam que os limites são compostos por processos naturais que envolvem sistemas que influenciam diretamente a capacidade de resiliência do planeta. Após a identificação dos processos, os autores propuseram fronteiras seguras para cada um que, se ultrapassados, podem causar condições ambientais adversas, colocando em risco milhares de espécies incluindo a humana. Os autores chegaram à conclusão de que três deles já ultrapassaram o limite: Perda de Biodiversidade, Ciclo do N e Mudanças Climáticas. Em uma escala global, a quantidade de N2 convertidos em Nr a partir de atividades humanas é muito alta e já alterou perigosamente o ciclo natural do N. Cabe ressaltar que o ciclo do N contribui para perda de biodiversidade e mudanças climáticas uma vez que a ocorre incremento e acúmulo de Nr em reservatórios ambientais, como a atmosfera e recursos hídricos (GARCIA, SANTOS e CARDOSO, 2013).

Após a publicação de Rockstrom et al., (2009), o cálculo da fronteira limite do Nr foi atualizado e um link foi definido entre as fronteiras do N e P com base no acoplamento desses elementos pela relação N:P no crescimento de tecidos de plantas e de organismos aquáticos (DE VRIES et al., 2013; STEFFEN et al., 2015). Como resultado, o limite original de 2009 proposto por Rockstrom e colegas foi ampliado. No entanto, o nível atual estimado de Nr removido para uso humano ainda excede o novo limite, extrapolando o limiar crítico por uma larga margem (Figura 2). Além disso, a publicação de Steffen et al., (2015) também aponta a perigosa extrapolação dos limites de segurança dos subsistemas: Mudança do uso do solo; Mudanças climáticas e Ciclo do P.

Figura 2 – Fronteiras planetária para Rockstrom et al. (2009) e para Steffen et al. (2015).



A quantidade limite de Nr a ser incorporada a este ciclo biogeoquímico, pela conversão do N2 em Nr, era de 35 Tg N ano-1 (ROCKSTROM et al., 2009). Em 2015 com a pesquisa de Steffen et al., (2015) o limite aumentou para 62 Tg N ano-1, entretanto, 210 Tg N ano-1 são fixadas anualmente (GALLOWAY et al., 2013), o que se traduz em um excesso de 148 Tg N ano-1. Consequentemente, de acordo com ROCKSTROM et al., 2009; GALLOWAY, 2008; GALLOWAY et al., 2003, 2004, 2014; FOWLER et al., 2013, 2015; ERISMAN et. al, 2013; WWF, 2015; UNEP, 2014, o excesso de nitrogênio no ambiente contribui para muitos impactos sociais, econômicos e ambientais:

  • Zonas costeiras mortas e mortandade de peixes devido à eutrofização grave ou hipóxia resultante do escoamento nitrato e da lixiviação em sistemas fluviais;

  • A perda de biodiversidade em mananciais devido à eutrofização e acidificação;

  • Poluição da água subterrânea por nitratos;

  • Poluição de água doce devido à eutrofização e acidificação;

  • Impactos na saúde humana devido a formação de aerossóis, bem como de ozônio troposférico (O3) causando diversas doenças;

  • Redução das colheitas, das florestas e da produtividade de pastagem devido à deposição de nitrogênio e excesso de fertilização, bem como a exposição ao ozônio troposférico;

  • Aumento das mudanças climáticas da Terra e aumento da depleção da camada ozônio estratosférico.

Zonas Mortas, Perda de biodiversidade, Poluição e Eutrofização – São diversos os organismos aeróbios, ou seja, que necessitam de O2 para seu desenvolvimento. No entanto, são cada vez mais notadas as chamadas “Zonas Mortas”, áreas pobres em oxigênio que são resultantes do excesso de nutrientes nas águas (decorrentes das fontes difusas de nitrogênio, como o nitrato e compostos nitrogenados orgânicos de fertilizantes e adubos na agricultura, que são lixiviados para as águas subterrâneas e escoados para as águas superficiais (UNEP, 2014). Outras fontes pontuais, como efluentes de estações de tratamento de águas residuárias e sistemas de esgotos, são descarregadas diretamente nas águas de superfície, além da deposição de nitrogênio atmosférico (NH3 e NOx) que contribui com ainda mais Nr enriquecendo diversos mananciais como lagos, águas costeiras, mar aberto etc.) que sofrem eutrofização promovendo intensa redução na concentração de oxigênio dissolvido na água dos mananciais e que consequentemente afeta diretamente peixes, invertebrados e outros organismos aquáticos (SELMAN et al., 2008; WWF, 2015). Segundo Diaz et al., (2013), os casos notificados de zonas costeiras mortas têm duplicado nas últimas quatro décadas e que existem mais de 500 zonas mortas conhecidas no mundo, além de cerca de 1.000 outras zonas de corais, costeiras e marinhas estão sofrendo os efeitos da eutrofização (BAUMAN et al., 2010). Essas "zonas mortas" estão crescendo em magnitude e extensão geográfica (SELMAN et al., 2008). Cabe ressaltar que parte Nr que segue para as águas é removido através da desnitrificação (SEITZINGER et al., 2006) transformando Nr em N2, produzindo também uma fração de N2O (óxido nitroso), um potente gás de efeito de estufa. E o restante é conduzido e transformado através do sistema fluvial contribuindo na elevação da concentração de nitrogênio em corpos d'água. As principais implicações, diretas ou indiretas, do Nr nos meios bióticos (solo, ar e água) estão apresentadas a seguir:



  • Mudanças climáticas – De acordo com Erisman et al., (2013), o Nr tem importantes interações com questões climáticas, sendo os efeitos mais importantes:

- Geração de N2O – pode ser resultante da produção industrial de fertilizantes pela combustão incompleta ou ação microbiana e pela nitrificação (após aplicação de fertilizantes e estrume nos solos). O excesso Nr também pode levar à hipóxia e anoxia no oceano e águas superficiais, aumentando as taxas de desnitrificação e liberação N2O. Este gás é o terceiro mais importante no que se refere ao efeito estufa e tem um potencial de aquecimento global 310 vezes maior do que o CO2 (UNEP, 2014; WWF, 2015), contribuindo com cerca de 8% para o total de gases de efeito estufa (IPCC, 2013; ERISMAN et al., 2011);

- No solo ocorre formação de O3 a partir do NOx que é um gás estufa importante; também é gerado na troposfera como resultado de NOx e as emissões de compostos orgânicos voláteis (COV), como efeito do SMOG fotoquímico. O O3 altera a dinâmica da produtividade das plantas que repercute na redução da absorção do CO2 atmosférico (WWF, 2015).

- A deposição Nr em zonas úmidas pode aumentar a produção de plantas vasculares, elevando a exsudação de compostos de carbono de baixo peso molecular, tais como acetato (importante fonte de substrato para alguns grupos de Archaea metanogênicas). Uma mudança nas plantas vasculares, tais como ciperáceas, aumenta a taxa de libertação de CH4 para a atmosfera através de hastes, evitando a oxidação de CH4 no solo (BODELIER et al., 2014; ERISMAN et al., 2013).

- Por outro lado, a medida que ocorrem mudanças climáticas, promove-se alteração direta dos níveis atmosféricos de CO2 e servem como catalisadoras no sentido de acelerar o ciclo do nitrogênio, pois, interferem na temperatura, precipitação, run-off, o nível do mar, além disso, a química dos oceanos e do vento pode mudar, a exemplo das taxas de nitrificação no oceano que parecem ser reduzidas pela acidificação do oceano, resultante do aumento da dissolução de CO2. A consequência disso é a redução de nutriente disponível para os fitoplânctons e outros organismos, além da redução de emissões de N2O (BEMAN, SACHDEVA e FUHRMAN, 2010).

  • Impactos na saúde humana – Apesar da fixação industrial de N2 ser considerada um grande avanço para o aumento na produtividade agrícola, efeitos negativos também ocorrem para a saúde humana. De acordo com Erisman et al., (2013), a quantidade de Nr usado para produção de alimentos é cerca de 10 vezes maior do que o seu consumo, devido ineficiências da cadeia da produção de alimentos e de consumo, ou seja na aplicação dos fertilizantes e nos grandes desperdícios (GALLOWAY et al., 2003; 2008). Por isso, grande parte do Nr formado permance reativo na atmosfera. A exemplo do NOx que quando na troposfera promove a formação de SMOG, consequentemente de ozônio troposférico, material particulado (MP) e aerossóis. O O3 troposférico é um poluente danoso, pois, afeta a saúde humana através da inalação. Diversos são os problemas de saúde que podem ser iniciados e agravados pela exposição do O3 a exemplo da tosse e da asma, reduções de curto prazo na função pulmonar e doença respiratória crônica (WHO, 2006). Um panorama dos riscos do ozônio para a saúde, feito pela Organização Mundial da Saúde (OMS) indica um claro aumento na mortalidade e morbidade respiratória com o aumento dos níveis de ozônio no ambiente (WHO, 2008). Estima-se que ocorreram 21.000 mortes prematuras nos estados membros da União Europeia (UE) que estão associadas aos altos níveis de ozônio tendo em vista uma esposição a um máximo diário de 8h em média de 35 ppb. O ozônio também está associado a 14.000 internações respiratórias anualmente nos estados membros da UE (WHO, 2008). Já o MP é a contribuição mais significativa para efeitos adversos para a saúde provenientes da poluição atmosférica, uma vez que promove morte prematura de cardíacos e outros problemas a exemplo taquicardia e arritmia cardíaca e também existem associações com asma em crianças, irritação das vias aéreas, tosse e dificuldade de respiração (WHO, 2008). A dispersão e absorção da luz devido ao MP também afeta visibilidade em cidades e áreas cênicas.

  • Deposição do nitrogênio e a vegetação – A elevada deposição de Nr pode aumentar a susceptibilidade ao estresse da vegetação (DISE et al., 2011). No caso do O3, o mesmo é absorvido pelas plantas através dos poros dos estômatos no momento que a folha os abre durante o dia para permitir a absorção de CO2 e realizar fotossíntese. Ao entrar na planta, o O3 provoca danos celulares a membranas que conduzem à morte das células e a redução das taxas de fotossíntese (ERISMAN et al., 2013 e MILLS, 2011). Isso afeta negativamente a colheita de plantas e a horticultura e sobretudo causando a redução da absorção de CO2. Perdas de rendimento relativos globais devido à exposição ao ozono são estimados entre 7 a 12% para o trigo, de 3 a 4% para o arroz, de 3 a 5% para o milho e 6 a 16% para a soja. Na Europa, as perdas de rendimento regional agregados para estas culturas são estimados em 5%, 4%, 5% e 27%, respectivamente (VAN DINGENEN et al., 2009).

  • Outras interações do Ciclo do N – O Nr também promove outros impactos de origem antrópica tais como alteração no uso do solo, deposição de compostos sulfurados e invasão de espécies exóticas (PAYNE et al., 2011; 2013). O excesso e a longa deposição de Nr causando acumulação no solo e em corpos d’água também induz alterações à biodiversidade através da cadeia alimentar. Insetos, pássaros ou outros animais com dietas específicas podem sofrer quando a sua principal fonte de alimento é afetada pela Nr (ERISMAN et al., 2013). Como exemplo, uma pesquisa na Holanda demonstra a relação direta entre as mudanças nas comunidades de borboletas e excesso de nitrogênio que afetam as plantas que alimentam (WALLIS DE VRIES, 2014). A perda de biodiversidade pode reduzir a resiliência dos ecossistemas; a capacidade de um ecossistema para se recuperar de uma perturbação (WWF, 2015). Além disso, através dos efeitos prejudiciais ao solo, água e ar, a resiliência dos ecossistemas é ainda mais reduzida e com ela comprometem-se os serviços ecossistêmicos (ERISMAN et al., 2013).



DESAFIO E SUGESTÕES



Diante dos alertas apontados nas mais diversas pesquisas (SMIL, 2001; ERISMAN et al., 2007, 2008; UNEP, 2014; FOWLER et al., 2013, 2015; ROCKSTROM et al., 2009; GALLOWAY, 1998, 2003; GALLOWAY et al., 2003, 2004, 2013, 2014; WWF, 2015; WALLIS DE VRIES et al., 2013; SUTTON et al., 2011, 2012, 2013; STEFFEN et al., 2015) considera-se a questão do nitrogênio reativo como um dos problemas ambientais mais prementes da atualidade. Apesar disso, esta é uma questão pouco tratada. Embora a perda de biodiversidade e alterações climáticas têm gerado grandes mobilizações para criação de programas nacionais e multidisciplinares, organizações globais, atenção política e da mídia, o desafio sobre os impactos relacionados ao N permanece muito menos evidente diante de suas ações. Talvez devido à falta de conhecimento em comparação com as alterações climáticas ou a perda de biodiversidade, há pouca comunicação sobre o excesso Nr no ambiente. Além disso, a complexidade das interações e as ligações entre as fontes e formas químicas de N, alterações humanas ao ciclo de N são difíceis de se traduzir em mensagens transmissíveis para um público mais amplo. Diante disso, um dos maiores desafios é a necessidade de conscientizar os usuários de fertilizantes para o uso mais eficiente de nutrientes, pois, os serviços de consultoria, educação e extensão muitas vezes se concentram em aumentar a produtividade através do uso de fertilizantes, em vez de aplicação de fertilizantes de forma mais eficiente, tendo em vista a redução dos impactos ambientais negativos dos insumos de nitrogênio em excesso (ERISMAN et al., 2008, GALLOWAY et al., 2003, 2004, 2013). Boas práticas preventivas de gestão são essenciais para melhorar a eficiência no uso de nitrogênio. Esta é a opção mais econômica para reduzir as perdas de N para o ambiente a partir de fontes agrícolas. Há grandes variações em tipos de exploração e tamanhos, condições climáticas, solos e outros fatores. Orientações adequadas e apropriadas, programas de educação ambiental e serviços de extensão independentes são necessários em todas as partes do mundo (UNEP, 2014).

Na Conferência Rio+20 em 2012, os governos sinalizaram uma preocupação com a saúde da biodiversidade marinha que está sendo afetada por compostos de base nitrogenada. Com isso, os líderes mundiais se comprometeram a tomar medidas para reduzir os impactos desta contaminação nos ecossistemas marinhos. Este compromisso por parte da comunidade global precisa ser garantido por meio de programas de ações factíveis, com foco em uma melhor gestão de nutrientes e tratamento de resíduos. Diante disso, a UNEP (2014) sugere uso de algumas de ferramentas que foram desenvolvidas nos últimos anos para aumentar a conscientização sobre a questão de nitrogênio pelos tomadores de decisão e o público em geral, bem como para educar os agricultores e outros no setor agrícola na melhor gestão dos nutrientes. Estes incluem o N-calculator, onde é calculada uma pegada do N; N-Sink, uma ferramenta geo-espacial simples, projetada para os gestores de bacias hidrográficas; N-visualization, uma ferramenta com animações que ajuda os usuários a compreender os efeitos das diferentes medidas sobre o ambiente, economias e uso da terra. Outra tecnologia desenvolvida e disponível que promove redução significativa da quantidade de Nr liberada para o ambiente, são os adubos de liberação controlada e fertilizantes de aplicação profunda, pois, aumentam a produtividade das culturas e dos rendimentos dos agricultores e reduzem a quantidade utilizada de fertilizantes, diminuindo significativamente os danos ambientais.

Outras questões são efluentes e resíduos gerados por uma crescente população mundial que tem aumentado as descargas de Nr para o ambiente. Nos países em desenvolvimento, poucas são as cidades que tratam seus efluentes e as que possuem, muitas vezes fornecem apenas um tratamento simplório que não remove nutrientes como N. Ainda com relação ao saneamento, uma alternativa preventiva já bastante discutida é a segregação da urina na fonte de geração. Esta tem sido proposta por diversos pesquisadores como uma opção promissora para a gestão das águas residuárias urbanas (LARSEN e GUJER, 1997; OTTERPOHL et al., 1999; LARSEN et al., 2001), uma vez que as vantagens com a separação de urina são diversas (redução do consumo de água oriunda das descargas; tornar desnecessário o tratamento de esgoto a nível terciário uma vez que é muito custoso do ponto de vista energético e econômico (KIPERSTOK et al., 2010) e que ás vezes o referido tratamento pode não ser eficiente na remoção de nutrientes; promover o uso racional dos recursos hídricos, redução da eutrofização de mananciais e a reciclagem de nutrientes para a agricultura (LIENERT e LARSEN, 2006)). Ainda de acordo com Larsen e Gujer (1997) a urina contém o maior percentual dos nutrientes excretados pelo homem: cerca de 85-90% de N, 50-80% de P e 80-90% de K. Portanto, o reuso dos nutrientes contidos na urina humana após tratamento, pode substituir grande parte dos fertilizantes sintéticos (LIENERT e LARSEN, 2006).

Algumas tentativas frustradas deve-se ao modo de como o assunto é tratado, onde muitas vezes tal tratamento ocorre de forma fragmentada, principalmente em relação as políticas que abordam aspectos do desafio de N. Tais políticas focam geralmente em compartimentos ambientais (a exemplo do ar, água, solo) ou em questões ambientais particulares (a exemplo da gestão de resíduos, perda de biodiversidade, alterações climáticas) ou uma única forma de nitrogênio (a exemplo dos nitratos, óxidos de nitrogênio etc). Além disso, os esforços para reduzir o uso de Nr precisam ser integrados apresentando uma visão holística tendo em vista a redução do risco de optar por soluções conflitantes entre os diversos subsistemas do planeta: aquecimento global, alterações do uso do solo, perda de biodiversidade, a acidificação dos oceanos e outros. A exemplo da mudança de um combustível fóssil para uma opção de energia renovável, que por um lado reduzirá a carga de Nr, na queima do combustível fóssil, por outro, pode gerar aumento da demanda de biomassa para produzir energia, o que também demandaria mais fertilizantes para aumentar a produção de biomassa (ERISMAN et al., 2008).

Para o WWF (2015), as opções mais eficazes de mitigação são aquelas que reduzem a demanda por Nr. Para isso, as abordagens gerais mais importantes são:

  • Melhorar a eficiência do uso de nitrogênio na agricultura:

a. Substituir o N-fertilizante por alternativas naturais, como fixação biológica (a exemplo do uso de leguminosas em rotação de culturas, fazer melhor uso do solo com a melhor reciclagem de N (fechando os ciclos de nutrientes em diferentes escalas);

b. Fechar o ciclo de nutrientes, prevenindo a perda de nutrientes no sistema de produção, por exemplo, balancear o uso de nutrientes por cultura, produzir alimentos para animais, promovendo a produção de esterco e/ou através da melhoria da qualidade do solo;

c. Adotar princípios da agroecologia, visando a otimização da produtividade e das práticas agrícolas, de acordo com as características do ecossistema, por exemplo, melhorando a capacidade de resiliência da fazenda, fazendo uso de processos naturais, fortalecendo a biodiversidade funcional (tais como a qualidade do solo) e protegendo os serviços ecossistêmicos dos quais a fazenda depende. A biodiversidade do solo pode contribuir para o aumento da resistência a secas e inundações e pode aumentar a eficiência de nutrientes.

  • Melhorar a eficiência de uso de nitrogênio na cadeia alimentar:

a. Reduzir o desperdício ao longo da cadeia alimentar pode também reduzir consideravelmente a demanda por bens agrícolas por pessoa e, portanto, reduzir a carga de Nr;

b. Promover dietas saudáveis, pobres em proteína animal. Na maioria dos países desenvolvidos, a população se alimenta muito de produtos de origem animal. Mesmo em alguns países em desenvolvimento o consumo per capita de produtos de origem animal está aumentando rapidamente para níveis menos saudáveis e ambientalmente insustentáveis. A redução do consumo de carne per capita promove benefícios significativos para a saúde, melhora a eficiência do uso de nutrientes, reduz os custos gerais de produção e ainda reduz a poluição ambiental.

  • Reduzir a queima de combustíveis fósseis:

a. Substituir o uso de combustíveis fósseis por alternativas renováveis e sustentáveis, como as tecnologias solar e eólica;

b. Assegurar que os substitutos dos combustíveis fósseis na forma de biomassa não induzam um aumento da demanda por Nr. A utilização da biomassa como fonte de energia alternativa não seria uma escolha adequada porque exigiria ainda mais fertilizantes.

  • Estimular a remoção do N proveniente da cascata:

Nr pode ser convertido novamente em sua forma inativa N2 através da desnitrificação. A remoção pode ocorrer em zonas húmidas para desnitrificação ou em estações de tratamento de esgoto, através da oxidação biológica da NH3 em NO3 (nitrificação), seguido de desnitrificação, a redução de NO3 para N2 gasoso, onde o N2 é liberado para a atmosfera e, assim, removida a partir da água.

Embora a maioria das questões destacadas sejam a nível global, elas impactam em localidades diferentes e de formas específicas. Por exemplo, o excesso de fertilização provoca problemas ambientais significativos em algumas partes do mundo, contudo, em outras regiões as pessoas sofrem com a falta de fertilizante nitrogenado. Consequentemente, as perspectivas locais e regionais são de importância vital para compreender as diferenças de natureza e prioridade das questões. Um contexto regional também é importante para a concepção de soluções. Variados fatores culturais, sociais e econômicos devem ser considerados para assegurar a implementação de políticas sólidas e integradas.



CONSIDERAÇÕES FINAIS



O nitrogênio é um nutriente essencial para todos organismos vivos. O uso indiscriminado de fertilizantes industriais nitrogenados ao longo do tempo melhorou expressivamente a produtividade agrícola, no entanto, resultou em emissões vultosas de Nr a biosfera, ao passo que o uso de combustíveis fósseis, também aumentou significativamente as emissões de Nr para o meio ambiente. As atividades humanas já convertem mais nitrogênio da atmosfera em formas reativas do que todos os processos naturais do planeta em conjunto. Por isso, o nitrogênio tem sido uma das principais causas da perda de biodiversidade planetária, seus efeitos na atmosfera afetam qualidade do ar causando poluição atmosférica, partículas em suspensão, ozônio troposférico, e como consequência direta afeta a saúde humana, a qualidade da água doce por conta dos nitratos, eutrofização dos mananciais além de zonas mortas e destruição do ozônio estratosférico, dentre outros.

Por outro lado, é preocupante a falta de conhecimento da sociedade perante os compostos de base nitrogenada bem como de suas consequências ao meio ambiente. Isso talvez seja devido fraco apelo jornalístico frente ao tema do Ciclo do Carbono. No entanto, a questão chave é que o problema no ciclo do nitrogênio no ambiente já ultrapassou limites considerados seguros ao planeta e ainda continua com impactos negativos de magnitudes cada vez maiores e com potencial mais destrutivo que os do Ciclo do Carbono.

Desse modo, urge-se por ações imediatas com efeito de curto, médio e longo prazo, com intuito de reduzir o Nr para limitar seus efeitos em cascata que são ainda mais danosos. Soluções mais eficazes e integradas compreendem o aumento da eficiência no uso de nitrogênio na agricultura, reduzindo o desperdício na cadeia alimentar, promovendo dietas com menos proteína animal nos países desenvolvidos, e uma mudança de combustíveis fósseis para fontes de energia renováveis ​​e sustentáveis, como a energia solar e eólica. Por fim, a sociedade precisa atuar mais em projetos não somente referentes ao carbono, mas também do nitrogênio uma vez que são muito deletérios os efeitos ambientais referentes do excesso de Nr. Prevenir e mitigar esses impactos depende tanto de ações da sociedade como do poder público, tendo em vista a regulamentação de leis e mecanismos de controle direcionados para esta questão.





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