Phân bón

Phân bón là "thức ăn" do con người bổ sung cho cây trồng. Trong phân bón chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cây. Các chất dinh dưỡng chính trong phân là: đạm (N), lân (P), và kali (K). Ngoài các chất trên, còn có các nhóm nguyên tố vi lượng...
Phân bón được chia làm 3 nhóm chính: phân hữu cơ, phân hóa học (phân vô cơ) và phân vi sinh, với sự khác biệt lớn giữa chúng là nguồn gốc, chứ không phải là những sự khác biệt trong thành phần dinh dưỡng.
Các loại phân bón hữu cơ và một số loại phân bón khai thác vô cơ đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ, trong khi các loại phân bón hoá học tổng hợp vô cơ chỉ được phát triển mạnh từ thời cách mạng công nghiệp. Sự hiểu biết và sử dụng tốt các loại phân bón là những thành phần quan trọng của cuộc Cách mạng Nông nghiệp Anh tiền công nghiệp và cuộc cách mạng xanh công nghiệp ở thế kỷ XX.

Tác dụng

- Làm tăng:
- Cây cối tươi tốt
+ Độ phì nhiêu của đất
+ Năng suất cây trồng
+ Chất lượng nông sản

Các loại phân bón chất dinh dưỡng

Các phân bón dinh dưỡng được ghi nhãn hiệu thành phần NPK và cả "N-P-K-S" tại Australia.
Một ví dụ về ghi nhãn phân bón kali clorua bao gồm tỷ lệ 1:1 ka li và clo hay 52% kali và 48% clo theo trọng lượng (bởi những khác biệt về trọng lượng phân tử giữa các nguyên tố). Thành phần truyền thống của 100g KCl sẽ có 60g K₂O. Phần trăm thành phần của K₂O từ 100g phân bón gốc là con số được thể hiện trên nhãn hiệu. Phân bón kali clorua vì thế sẽ được ghi nhãn 0-0-60, chứ không phải 0-0-52.

Sử dụng

Các loại phân bón tổng hợp thường để sử dụng trên các cánh đồng trồng ngô, tiếp theo là lúa mạch, lúa miến, cải dầu, đậu tương và hướng dương. Một nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng phân bón nitơ cho cây trồng phủ đất không theo mùa có thể làm tăng biomass (và do đó là giá trị phân bón xanh) của các loại cây đó, trong khi có một hiệu ứng ích lợi trên các mức độ nitơ cho cây trồng chính được trồng vào mùa hè.

Suy kiệt vi lượng khoáng chất

Nhiều loại phân bón vô cơ không thay thế các vi chất khoáng trong đất, vốn dần bị cạn kiệt theo mùa màng. Sự cạn kiệt này đã được liên kết với các nghiên cứu cho thấy một sự sụt giảm mạnh (lên tới 75%) trong số lượng các khoáng chất đó trong quả và rau.
Tuy nhiên, một cuộc điều tra 55 nghiên cứu khoa học gần đây kết luận "không có bằng chứng về một sự khác biệt trong chất lượng chất dinh dưỡng giữa các thực phẩm chế biến hữu cơ và quy ước"  Trái lại, một cuộc nghiên cứu dài hạn do Liên minh châu Âu tài trợ thấy rằng sữa được sản xuất theo cách hữu cơ có mức độ các chất chống ô xi hoá (như carotenoids và các axít alpha-linoleic) cao hơn những loại sữa được sản xuất thông thường.
Tại miền Tây Australia những thiếu hụt kẽm, đồng, măngan, sắt và mô líp đen đã được xác định là nguyên nhân giới hạn sự phát triển của mùa màng và đồng cỏ trong thập niên 1940 và 1950. Đất đai tại miền Tây Australia rất cũ, bị ảnh hưởng mạnh của thời tiết và thiếu hụt nhiều chất dinh dưỡng và vi chất quan trọng. Từ thời điểm đó các vi chất đó thường xuyên được thêm vào trong các loại phân bón vô cơ được sử dụng trong nông nghiệp tại bang này.

Tiêu thụ năng lượng cao

Việc sản xuất amonia tổng hợp hiện tiêu thụ khoảng 5% lượng tiêu thụ khí tự nhiên toàn cầu, khoảng gần 2% sản xuất năng lượng của thế giới.
Khí tự nhiên phần lớn được sử dụng để sản xuất amonia, nhưng các nguồn năng lượng khác, cùng với một nguồn hyđrô, có thể được dùng sản xuất các hỗn hợp nitơ thích hợp cho các loại phân bón. Chi phí cho khí tự nhiên chiếm khoảng 90% chi phí sản xuất amoniac. Sự gia tăng giá các loại khí tự nhiên trong thập kỷ vừa qua, cùng với những yếu tố khác như tăng cầu, đã góp phần làm tăng giá phân bón.

Tính bền vững lâu dài

Các loại phân bón vô cơ hiện được sản xuất theo các cách thức sẽ không thể tiếp tục mãi mãi. Kali và phốt pho được khai thác từ các mỏ (hay các hồ muối như Biển Chết) và các nguồn đó có giới hạn. Nitơ trong khí quyển (không ngưng tụ) rõ ràng là không giới hạn (chiếm hơn 70% các loại khí khí quyển), nhưng đây không phải là hình thức thích hợp cho cây trồng. Để biến nitơ trở nên thích hợp cho cây cối cần quá trình ngưng tụ nitơ (biến nitơ khí quyền thành một hình thức sử dụng được cho cây trồng).
Các loại phân bón nitơ nhân tạo nói chung được tổng hợp bằng các nhiên liệu hoá thạch như khí tự nhiên và than, là các nguồn tài nguyên có giới hạn. Thay vì biến khí tự nhiên thành syngas để sử dụng trong quá trình Haber, cũng có thể biến các nguồn biomass có thể tái tạo thành syngas (hay wood gas) để cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình, dù số lượng đất và các nguồn tài nguyên (trớ trêu thay thường gồm cả phân bón) cần thiết cho một dự án như thế có thể là quá lớn (xem Tiết kiệm nhiên liệu ở Hoa Kỳ).

Các lợi ích của phân bón hữu cơ

Ngoài tác dụng làm gia tăng sản lượng và cung cấp dưỡng chất trực tiếp cho cây, các loại phân bón hữu cơ có thể cải thiện sự đa dạng sinh học (tuổi thọ đất) và khả năng sản xuất lâu dài của đất, và có thể là nơi lưu giữ phần lớn lượng carbon dioxit thừa.
Các dưỡng chất hữu cơ làm tăng sự màu mỡ của các cơ cấu đất bằng cách cung cấp chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cho các cơ cấu như nấm mycorrhiza, (giúp các loại cây hấp thu dinh dưỡng), và có thể làm giảm đáng kể nhu cầu sử dụng các loại thuốc trừ sâu, năng lượng và phân bón, nhưng làm giảm sản lượng thu hoạch.

Động vật

Urê có nguồn gốc súc vật, thích hợp để sử dụng trong nông nghiệp hữu cơ, trong khi các hình thức urê tổng hợp không thích hợp. Mối đe doạ thường thấy ở những ví dụ này là nền nông nghiệp hữu cơ tìm cách tự khẳng định mình thông qua quá trình sản xuất ở mức độ tối thiểu (trái ngược với quá trình Haber nhân tạo), cũng như chỉ xảy ra tự nhiên hay qua các quá trình sinh vật tự nhiên như ủ phân.
Bùn cống sử dụng trong nông nghiệp hữu cơ tại Hoa Kỳ đã trở nên rất hạn chế và hiếm bởi USDA cấm thực hiện (vì sự tích tụ kim loại độc, cùng các yếu tố khác).
USDA hiện yêu cầu chứng nhận của bên thứ ba với các loại phân bón hữu cơ lỏng có độ nitơ cao được bán trên thị trường Hoa Kỳ.

Cây cối

Cây phủ xanh cũng góp phần làm màu mỡ đất như một biện pháp phân bón xanh thông qua quá trình ngưng tụ nitơ từ không khí; cũng như phốt pho (qua sự thu thập dinh dưỡng) có trong đất.

Khoáng chất

Bột đá vôi, đá phốt phát và natri nitrat khai thác tự nhiên, là vô cơ (theo nghĩa hoá học), cần thiết cho mùa màng, và đã được cho sử dụng trong nông nghiệp hữu cơ với số lượng tối thiểu.

Thừa chất dinh dưỡng

Các hợp chất giàu nitơ trong phân bón bị cuốn trôi là nguyên nhân chính gây ra sự suy kiệt ôxy tại nhiều vùng đại dương, đặc biệt tại các vùng ven biển; việc thiếu ôxy hoà tan do nguyên nhân này làm giảm rất nhiều khả năng duy trì của các khu vực đó với quần xã động vật của nó. Theo bề ngoài, nước trở nên đục và trở nên mất màu (xanh, vàng, xám hay đỏ).
Khoảng một nửa số hồ ở Hoa Kỳ hiện dư thừa dinh dưỡng, trong khi số lượng những vùng chết gần các bờ biển có người sinh sống đang tăng lên. Ở thời điểm năm 2006, việc sử dụng phân bón nitơ đang được kiểm soát ngày càng nghiêm ngặt tại Anh Quốc và Hoa Kỳ. Nếu tình trạng dư thừa chất dinh dưỡng có thể được đảo ngược, có thể mất nhiều thập kỷ trước khi hàm lượng nitrate tích tụ trong nước ngầm có thể bị phân huỷ bởi các quá trình tự nhiên.
Việc sử dụng nhiều phân bón nitơ vô cơ để tăng tối đa sản lượng, cộng với khả năng hoà tan lớn của chúng dẫn tới sự gia tăng cuốn trôi vào nước bề mặt cũng như thẩm thấu vào trong nước ngầm. Việc sử dụng ammonium nitrat trong các loại phân bón vô cơ đặc biệt gây hại, bởi cây cối hấp thụ các ion amomiac nhiều hơn các ion nitrate, trong khi các ion nitrate thừa không được hấp thụ tan ra (do mưa hay tưới tiêu) và bị cuốn trôi vào nước ngầm.

Hội chứng Blue Baby

Các mức độ nitrate cao hơn 10 mg/L (10 ppm) trong nước ngầm có thể gây ra 'hội chứng blue baby' (thu methemoglobinemia), dẫn tới sự giảm ôxy huyết (có thể dẫn tới hôn mê và chết nếu không được điều trị).

A xít hoá đất

Các loại phân bón hữu cơ và vô cơ có chứa nitơ có thể gây ra axít hoá đất khi sử dụng . Điều này có thể dẫn tới sụt giảm dinh dưỡng có thể được bù đắp bằng cách rắc vôi.

Tích tụ kim loại nặng

Sự tích tụ lên tới 100 mg/kg cadmium trong các khoáng chất phốt phát (ví dụ, các khoáng chất từ Nauru
và đảo Phục sinhs) làm tăng sự ô nhiễm đất với cadmium, ví dụ New Zealand.
Uranium là một ví dụ khác về chất gây ô nhiễm thường thấy trong các loại phân bón phốt phát (ở các mức độ từ 7 đến 100 pCi/g). Cuối cùng các loại kim loại nặng đó có thể tích tụ lên tới những mức độ nguy hiểm và tích tụ trong sản phẩm rau. (Xem Nhiễm độc cadmium) Mức thu nhận uranium hàng năm của người trưởng thành được ước tính khoảng 0.5 mg (500 μg) từ việc ăn thức ăn và nước uống và 0.6 μg từ không khí thở.
Các rác thải của ngành công nghiệp thép, được tái sử dụng vào trong phân bón vì có lượng kẽm lớn (rất cần thiết để cây phát triển), các loại rác thải có thể gồm những kim loại độc hại sau: chìarsen, cadmium, chrom, và nickel. Các thành phần độc hại thường thấy nhất trong kiểu phân bón này là thuỷ ngân, chì và arsen. Những lo ngại đã xuất hiện liên quan tới hàm lượng thuỷ ngân trong cá từ ít nhất một nguồn tại Tây Ban Nha
Tương tự, Polonium-210 có độ phóng xạ cao chứa trong các loại phân bón phốt phát được rễ cây hấp thụ và lưu trữ trong mô của nó; thuốc lá được sản xuất từ những cây được bón bằng đá phốt phát có chứa Polonium-210 tạo ra bức xạ alpha ước tính gây ra khoảng 11,700 ca tử vong vì ung thư phổi hàng năm trên thế giới.
Vì những lý do này, nên thực hiện quản lý dinh dưỡng, thông qua việc quan sát và giám sát thận trọng mùa màng, để giảm thiểu các hiệu ứng của việc sử dụng quá mức phân bón.

Tăng sức khoẻ động vật gây hại

Việc sử dụng quá mức phân bón chứa nitơ cũng có thể dẫn tới những vấn đề về côn trùng gây hại khi làm tăng tỷ lệ sinh, tuổi thọ và sức khoẻ của một số loài gây hại với nông nghiệp.