Λίπασμα

Με τον γενικό όρο λίπασμα αναφέρεται οποιαδήποτε ουσία, φυσική ή τεχνητά παρασκευασμένη, βελτιώνει την ανάπτυξη και την παραγωγικότητα των φυτών. Τα λιπάσματα είτε ενισχύουν τη φυσική περιεκτικότητα του εδάφους σε ορισμένα χημικά στοιχεία είτε αναπληρώνουν τις ποσότητες αυτών των στοιχείων που απορροφήθηκαν από φυτά προηγουμένων γενεών.
Φυσικές ουσίες, όπως φύλλα σε αποσύνθεση ή κοπριά ζώων άρχισαν να χρησιμοποιούνται ως λιπάσματα σχεδόν από την εποχή που ξεκίνησαν οι πρώτες καλλιέργειες από τον άνθρωπο (αγροτική επανάσταση). Η χρήση τεχνητών λιπασμάτων, όμως, είναι πολύ πιο πρόσφατη και φαίνεται ότι ξεκίνησε στις αρχές του 17ου αιώνα κατά την Αγροτική Βρετανική Επανάσταση, αν και η χρήση τους γενικεύτηκε κατά την Βιομηχανική επανάσταση.  Η επίδραση των λιπασμάτων τόσο στα φυτά όσο και, κυρίως, στο περιβάλλον άρχισε να ερευνάται κατά την Πράσινη επανάσταση στις αρχές του δεύτερου μισού του 20ού αιώνα.
Τα λιπάσματα εν γένει διακρίνονται σε οργανικά (περιέχουν άνθρακα στη σύνθεσή τους) και σε ανόργανα (δεν περιέχουν άνθρακα στη σύνθεσή τους). Από την άποψη της σύνθεσης υπάρχουν φυσικά και τεχνητά λιπάσματα και των δύο συστάσεων.

Η ανάπτυξη των φυτών

Όταν ένα φυτό αναπτύσσεται, χρησιμοποιεί εννέα βασικά στοιχεία: υδρογόνο, οξυγόνο, άνθρακα, άζωτο, φωσφόρο, μαγνήσιο, κάλιο, ασβέστιο και θείο. Τα στοιχεία αυτά αποτελούν τα βασικά θρεπτικά συστατικά για ένα φυτό. Χρησιμοποιεί, επίσης, σε πολύ μικρότερες όμως ποσότητες, βόριο, χλώριο, χαλκό, μαγγάνιο, ψευδάργυρο, σίδηρο και μολυβδαίνιο. Αυτά αποτελούν τα δευτερεύοντα θρεπτικά συστατικά. 
Από τα πιο πάνω στοιχεία, ο άνθρακας, το υδρογόνο και το οξυγόνο λαμβάνονται από τα φυτά μέσω της ατμόσφαιρας: Το φυτό απορροφά το νερό που έπεσε στο έδαφος ως βροχή (πηγή υδρογόνου και οξυγόνου) και δεσμεύει το διοξείδιο του άνθρακα (πηγή άνθρακα) από την ατμόσφαιρα. Με τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης μετατρέπει τα συστατικά αυτά σε υδατάνθρακες (κατά κύριο λόγο γλυκόζη). Τα υπόλοιπα στοιχεία περιέχονται, υπό μορφήν ενώσεων, στο έδαφος.

Χρήση των θρεπτικών συστατικών από τα φυτά

Τα κύρια και τα δευτερεύοντα θρεπτικά συστατικά διακρίνονται κατ' αυτό τον τρόπο όχι ως προς τη χρησιμότητά τους, αλλά ως προς τις απαιτούμενες ποσότητές τους.

Φυσικά λιπάσματα

Τα κυριότερα οργανικά φυσικά λιπάσματα είναι η κοπριά διαφόρων, κυρίως οικόσιτων, ζώων, όπως τα πουλερικά, τα πρόβατα, οι αγελάδες και τα άλογα, και τα σηπόμενα φύλλα, τα οποία μπορεί να έχουν υποστεί τη διαδικασία της κομποστοποίησης ή και όχι. Χρησιμοποιούνται, επίσης, και φυσικοί σχηματισμοί, όπως το γκουανό, το οποίο έχει προέλθει από φυσικές διεργασίες που έλαβαν χώρα σε περιττώματα θαλάσσιων πτηνών. Ανόργανα φυσικά λιπάσματα προέρχονται κυρίως από ορυκτά, όπως ο ασβεστόλιθος, το χλωριούχο κάλιο ή φωσφορικά ορυκτά.

Συνθετικά λιπάσματα

Τα πλέον ταχέως απομακρυνόμενα από το έδαφος στοιχεία είναι το άζωτο, ο φωσφόρος και το κάλιο. Τα περισσότερα λιπάσματα αποσκοπούν στον εμπλουτισμό του εδάφους στα συστατικά αυτά. Παλαιότερα η αναπλήρωση του αζώτου στο έδαφος των χωραφιών γινόταν με τη μέθοδο της αμειψισποράς: Κάθε τέταρτο ή πέμπτο έτος η καλλιέργεια δημητριακών αντικαθίστατο με την καλλιέργεια ψυχανθών (φασόλια, φακές, ρεβίθια κτλ.) Λόγω των αζωβακτηρίων, που ζουν στις ρίζες αυτών των φυτών και είναι οι μόνοι οργανισμοί που μπορούν να μετατρέψουν απευθείας το ατμοσφαιρικό άζωτο σε απορροφήσιμες από το φυτό ουσίες, το έδαφος εμπλουτιζόταν σε άζωτο. Σήμερα η μέθοδος αυτή έχει αντικατασταθεί με την χρήση συνθετικών λιπασμάτων.

Συμβολισμός

Τα λιπάσματα γενικής χρήσεως συμβολίζονται με τρεις αριθμούς: Ο πρώτος αφορά την περιεκτικότητα σε άζωτο, ο δεύτερος σε φωσφόρο και ο τρίτος σε κάλιο. Έτσι, ένα λίπασμα χαρακτηριζόμενο ως 11-52-10 περιέχει 11 μέρη αζώτου, 52 μέρη φωσφόρου και 10 μέρη καλίου. Ένα τέτοιο λίπασμα χαρακτηρίζεται ως "σύνθετο λίπασμα". Άρα, σε ένα σάκο λιπάσματος βάρους 100 κιλών περιέχονται 11 κιλά αζώτου, 52 κιλά φωσφόρου και 10 κιλά καλίου. Το υπόλοιπο είναι γνωστό ως "έκδοχο" (κοινώς έρμα ή σαβούρα, αγγλ. "ballast") και δεν έχει καμία επίδραση στην ανάπτυξη των φυτών.

Καλιούχα λιπάσματα

Αποτελούνται κυρίως από χλωριούχο κάλιο και θειικό κάλιο και παρασκευάζονται από τα αντίστοιχα ορυκτά του καλίου, αφού πρώτα τα ορυκτά υποστούν επεξεργασία για την αφαίρεση ανεπιθύμητων συστατικών.

Οφέλη από την χρήση λιπασμάτων

Η χρήση λιπασμάτων αύξησε δραματικά την παγκόσμια φυτική παραγωγή: Υπολογίζεται ότι ενώ ένα εκτάριο καλλιεργήσιμης έκτασης παρήγαγε τροφή για 1,9 άτομα το 1908, η παραγωγικότητα αυτή αυξήθηκε στα 4,8 άτομα το 2008, ενώ άλλοι υπολογισμοί κατέδειξαν ότι περίπου το 40% των γεωργών παγκοσμίως στηρίζονται στη χρήση λιπασμάτων για την παραγωγή τους, αν και οι υπολογισμοί αυτοί δυσχεραίνονται από τις αλλαγές στις μεθόδους καλλιέργειας και συγκομιδής όσο και από την παραγωγή γενετικά τροποποιημένων φυτών. Οι αριθμοί αυτοί αναφέρονται σε παγκόσμιο επίπεδο και εμφανίζουν σημαντικές διαφορές από περιοχή σε περιοχή. Η χρήση λιπασμάτων στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική επέφερε αντίστοιχη αύξηση στην κατανάλωση κρέατος και γαλακτοκομικών. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας (FAO) του ΟΗΕ αναφέρει ότι 850 εκατομμύρια κάτοικοι του πλανήτη παραμένουν υποσιτιζόμενοι.
Τα λιπάσματα είναι επίσης σημαντικά για την παραγωγή βιοκαυσίμων και βιοενέργειας. Αν και τα ποσοστά αυτών των μορφών ενέργειας δεν είναι ακόμη σημαντικά, στο μέλλον προβλέπεται η αύξησή τους στην παγκόσμια ενεργειακή παραγωγή/κατανάλωση.

Περιβαλλοντικές επιδράσεις

Η χρήση των λιπασμάτων (και ιδιαίτερα η αλόγιστη χρήση τους) δεν έχει μόνον ευεργετικά αποτελέσματα, αλλά παρουσιάζει και ορισμένα σοβαρά μειονεκτήματα, καθώς η παρουσία τους επηρεάζει, άμεσα και έμμεσα, τις ισορροπίες σε ευρύτατο οικοσύστημα.

Ευτροφισμός

Όλα τα λιπάσματα είναι ευδιάλυτα, ώστε να απορροφώνται κυρίως από το ριζικό σύστημα των φυτών. Καθώς όμως τα φυτά έχουν συγκεκριμένο ρυθμό απορρόφησης νερού από το έδαφος, δεν είναι δυνατόν να απορροφήσουν όλη την ποσότητα διαλύματος από εκεί. Το διαλυμένο λίπασμα περνά στον υδροφόρο ορίζοντα της περιοχής ρυπαίνοντάς τον και, στη συνέχεια, καταλήγει είτε στη λίμνη της περιοχής είτε στην θάλασσα. Αυτό έχει ως συνέπεια τη δημιουργία ευτροφισμού: Τα νερά σε πολλές ακτές των θαλασσών έχουν πλέον "απογυμνωθεί" από οξυγόνο, καθώς αναπτύσσονται σε αυτά, με πολύ υψηλούς ρυθμούς χάρη στα λιπάσματα, μικροσκοπικοί οργανισμοί (πλαγκτόν) που καταναλώνουν το περιεχόμενο στο νερό οξυγόνο, με συνέπεια την "απογύμνωση" των περιοχών αυτών από πολλές μορφές ζωής. Παρόμοια φαινόμενα είχαν παρατηρηθεί κατά το παρελθόν στην περιοχή του Παγασητικού κόλπου, ενώ ο ευτροφισμός των καλαμιών στην περιφέρεια της λίμνης των Ιωαννίνων είναι εμφανής σήμερα.
Για την εν μέρει αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, αλλά και για να υπάρχει μεγαλύτερη διάρκεια στην λίπανση των καλλιεργούμενων φυτών, έχουν κατασκευαστεί λιπάσματα ελεγχόμενης αποδέσμευσης (controlled - release): Η διάλυση των συστατικών στο νερό ελέγχεται χάρη σε επικαλύψεις των κόκκων του λιπάσματος με δυσδιάλυτες ουσίες, ενώ παράλληλα ελέγχεται και η ενδεχόμενη αντίδραση δέσμευσής τους από το ίδιο το έδαφος.

Επίδραση στο πόσιμο νερό

Έχει παρατηρηθεί ότι σε περιπτώσεις λίπανσης με νιτρικό αμμώνιο τα φυτά απορροφούν ταχύτερα τα ιόντα αμμωνίου (NH₄⁺) σε σχέση με τα νιτρικά (NO₃⁻). Αυτό έχει ως συνέπεια την αύξηση των νιτρικών ιόντων στον υδροφόρο ορίζοντα και αν από αυτόν τροφοδοτούνται τα αποθέματα πόσιμου νερού της περιοχής τότε το πόσιμο νερό είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε νιτρικά ιόντα. Η κατανάλωση νερού με αυξημένη περιεκτικότητα (άνω των 10 mg/L) οδηγεί σε συμπτώματα κυάνωσης ιδιαίτερα σε βρέφη: Η αιμοσφαιρίνη μετατρέπεται, παρουσία αυξημένων συγκεντρώσεων νιτρικών ιόντων στη σταθερή ένωση μεθαιμοσφαιρίνη, η οποία δεν είναι δυνατό να μεταφέρει οξυγόνο, με συνέπεια, σε σοβαρές περιπτώσεις, να προκαλείται κώμα και ακόμη και θάνατος, αν δεν γίνει έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία. Η κατάσταση αυτή έχει αποκληθεί "σύνδρομο των κυανών βρεφών" (syndrome of blue babies) λόγω του κυανού χρώματος που λαμβάνει η επιδερμίδα των βρεφών σε περίπτωση κυάνωσης

Επίδραση στο έδαφος

Τόσο τα ανόργανα όσο και τα οργανικά λιπάσματα είναι πιθανόν να προκαλέσουν αύξηση της οξύτητας pH του εδάφους όταν εφαρμόζονται. Παρόμοιες καταστάσεις είναι πιθανόν να επηρεάσουν την δυνατότητα απορρόφησης άλλων θρεπτικών συστατικών των φυτών και αντιμετωπίζονται με την προσθήκη ασβέστου στο έδαφος, που θα οδηγήσει σε αύξηση του pH.

Ρύπανση του εδάφους

Πολλά λιπάσματα περιέχουν τοξικά πρόσθετα, τα οποία κυρίως για οικονομικούς λόγους δεν έχει γίνει δυνατό να απομακρυνθούν κατά τη διαδικασία παρασκευής τους. Τα περισσότερα λιπάσματα του εμπορίου δεν περιέχουν ποσότητες τοξικών ικανές να δημιουργήσουν απειλή για το περιβάλλον ή την υγεία ανθρώπων και ζώων της περιοχής όπου εφαρμόζονται, εν τούτοις ορισμένα εμφάνισαν παρόμοια προβλήματα, όπως κατέδειξε έρευνα του "U.S. Environmental Protection Agency": Εντοπίστηκαν διοξίνες, πολυχλωροπαράγωγα του διβενζοφουρανίου και πολυχλωριούχες διβενζο-π-διοξίνες. Η παρουσία τους φαίνεται πως οφείλεται στις μεθόδους παρασκευής των λιπασμάτων αυτών.

Συσσώρευση βαρέων μετάλλων

Ορισμένα ανόργανα φυσικά λιπάσματα, όπως τα φωσφορικά που προέρχονται από το Ναουρού και τις Νήσους των Χριστουγέννων περιέχουν κάδμιο,, ενώ πρόσθετα λιπασμάτων που παράγονται από παραπροϊόντα της βιομηχανίας χάλυβα περιέχουν μεν τον απαραίτητο για τα φυτά ψευδάργυρο αλλά και μόλυβδο, αρσενικό, κάδμιο, χρώμιο υδράργυρο (ο οποίος εντοπίστηκε σε ψάρια στην Ισπανία) και νικέλιο.

Επίδραση στην ατμόσφαιρα

Έχει διαπιστωθεί ότι οι εκπομπές μεθανίου από καλλιεργήσιμες εκτάσεις (ιδιαίτερα καλλιέργειες ρυζιού) αυξάνονται με την χρήση αμμωνιακών λιπασμάτων. Οι εκπομπές αυτές συμβάλλουν σημαντικά στην κλιματική αλλαγή, καθώς το μεθάνιο είναι ένα από τα αέρια που συμβάλλουν στην δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου
Η χρήση αζωτούχων λιπασμάτων συμβάλλει επίσης στο σχηματισμό ενός ακόμη αερίου του θερμοκηπίου, του υποξειδίου του αζώτου (N₂O), του οποίου το αποτέλεσμα είναι περίπου 300 φορές πιο ισχυρό σε σχέση με ίδια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, ενώ το ίδιο αέριο συμβάλλει επίσης και στην καταστροφή της οζονόσφαιρας.

Γενικότερη επίδραση στο οικοσύστημα

Η χρήση λιπασμάτων επηρεάζει γενικότερα το οικοσύστημα, καθώς ορισμένα είδη παρασιτικών εντόμων εμφανίζουν αυξημένους ρυθμούς γεννήσεων ορισμένων εντόμων, και ιδιαίτερα των αφίδων (μελίγκρας). Σε καλλιέργειες με χρήση λιπασμάτων εμφανίστηκε μεγαλύτερος αριθμός αφίδων σε σχέση με αυτές που δεν υπέστησαν λίπανση, οι οποίες εμφάνισαν μικρότερο αριθμό αφίδων. Καθώς τα έντομα αποτελούν σημαντικό κρίκο της τροφικής αλυσίδας, επηρεάζεται ολόκληρο το οικοσύστημα της περιοχής.