Combater a mudança climática significa levar o gás hilariante a sério

Enquanto as nações e as indústrias tentam cortar as emissões de gases de efeito estufa para combater as mudanças climáticas, as práticas agrícolas estão em destaque. Há uma boa razão para isso: a agricultura é responsável por 16 a 27 por cento das emissões de aquecimento do clima causadas pelo homem, de acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC). Mas muitas dessas emissões não são do dióxido de carbono, aquele vilão familiar da mudança climática. Eles são de outro gás: óxido nitroso.

N₂O, também conhecido como gás hilariante, não recebe a atenção que merece, diz David Kanter, pesquisador de poluição de nutrientes na Universidade de Nova York e vice-presidente da Iniciativa Internacional de Nitrogênio, uma organização focada em pesquisa e formulação de políticas sobre poluição por nitrogênio. “É um gás de efeito estufa esquecido”, diz ele. Ainda molécula por molécula, N ₂O é cerca de 300 vezes mais potente que o dióxido de carbono no aquecimento da atmosfera. E como CO ₂, é de longa duração, gastando  uma média de 114 anos no céu antes de se desintegrar. Ele também esgota a camada de ozônio. Ao todo, o impacto climático do gás hilariante não é uma piada. Os cientistas do IPCC estimaram que o óxido nitroso representa cerca de 6 por cento das emissões de gases de efeito estufa, e cerca de três quartos dessas emissões de N ₂As emissões de O vêm da agricultura.

Mas, apesar de sua importante contribuição para as mudanças climáticas, os formuladores de políticas não têm endereçado diretamente N₂Emissões O. E o gás continua a se acumular. Uma revisão de 2020 de fontes e sumidouros de óxido nitroso descobriu que  as emissões aumentaram 30 por cento nas últimas quatro décadas e estão excedendo todos, exceto os cenários de emissões potenciais mais elevados descritos pelo IPCC. O solo agrícola - especialmente por causa do uso intenso de fertilizantes de nitrogênio sintético no mundo - é o principal culpado.

Hoje, os cientistas estão procurando uma série de maneiras de tratar o solo ou ajustar as práticas agrícolas para reduzir o N₂O produção.

“Qualquer coisa que possa ser feita para melhorar a eficiência do uso de fertilizantes seria grande”, diz Michael Castellano, agroecologista e cientista do solo da Universidade Estadual de Iowa.

Nitrogênio desequilibrado

A humanidade desequilibrou o ciclo de nitrogênio da Terra. Antes do surgimento da agricultura moderna, a maior parte do nitrogênio disponível nas fazendas vinha de composto, esterco e micróbios fixadores de nitrogênio que absorvem o gás nitrogênio (N₂) e convertê-lo em amônio, um nutriente solúvel que as plantas podem absorver pelas raízes. Tudo isso mudou no início de 1900 com a estreia do  Processo Haber-Bosch que forneceu um método industrial para produzir grandes quantidades de fertilizante de amônia.

Essa abundância de fertilizantes sintéticos aumentou o rendimento das safras e ajudou a alimentar as pessoas em todo o mundo, mas esse excesso de nitrato e amônio acarreta custos ambientais. A produção de fertilizante de amônia é responsável por cerca de 1 por cento de todo o uso global de energia e 1.4 por cento de CO ₂ (o processo requer aquecimento de gás nitrogênio e submetê-lo a pressões de até 400 atmosferas, portanto, consome muita energia). Mais importante, o fertilizante aumenta as emissões de óxido nitroso porque os agricultores tendem a aplicar o nitrogênio em seus campos em alguns lotes grandes durante o ano, e as lavouras não podem usar tudo.

Quando as raízes das plantas não enxugam o fertilizante, parte dele escorre do campo e polui os cursos de água. O que resta é consumido por uma sucessão de micróbios do solo que convertem a amônia em nitrito, em seguida em nitrato e, finalmente, de volta em N₂ gás. N ₂O  é feito como um subproduto em alguns pontos durante este processo.

Dispensar fertilizantes com cuidado quando as plantas precisam ou encontrar maneiras de manter a produtividade com fertilizantes de nitrogênio reduzidos reduziria esses N₂Emissões O, e os cientistas estão procurando várias maneiras de fazer isso. Uma estratégia sob investigação é aproveitar técnicas de agricultura de precisão que usam tecnologia de sensoriamento remoto para determinar onde e quando adicionar nitrogênio aos campos, e quanto. Outra é usar inibidores de nitrificação, produtos químicos que suprimem a capacidade dos micróbios de transformar amônia em nitrato, impedindo a criação de N ₂O e mantendo o nitrogênio no solo para as plantas usarem por um longo período de tempo.

A ampla adoção dessas duas práticas reduziria as emissões de óxido nitroso cerca de 26 por cento de sua trajetória atual até 2030, de acordo com uma estimativa de 2018 por pesquisadores do Instituto Internacional de Análise de Sistemas Aplicados da Áustria. Mas os autores dizem que será necessário mais do que isso para ajudar a cumprir as metas de gases do efeito estufa, como as estabelecidas no acordo climático de Paris. Portanto, os cientistas estão explorando estratégias adicionais.

Um método potencial envolve o aproveitamento do potencial de certos micróbios para fornecer nitrogênio diretamente às plantas, como as bactérias fixadoras de nitrogênio já fazem em parceria com feijões, amendoins e outras leguminosas. “Há realmente uma mina de ouro vivendo no solo”, diz Isai Salas-González, coautor de um artigo sobre o microbioma de planta no 2020  Revisão Anual de Microbiologia e um biólogo computacional que recentemente completou um PhD na University of North Carolina em Chapel Hill.

Nesse sentido, desde 2019 a empresa Pivot Bio comercializa um produto microbiano chamado Pivot Bio Proven que, dizem eles, forma uma simbiose com as raízes das lavouras depois que um inoculante é despejado nos sulcos onde as sementes de milho são plantadas. (A empresa planeja lançar produtos semelhantes para sorgo, trigo, cevada e arroz.) Os micróbios se alimentam com nitrogênio aos poucos, em troca de açúcares vazados pela planta, reduzindo a necessidade de fertilizantes sintéticos, diz Karsten Temme, CEO de Pivot Bio.

Temme diz que os cientistas da empresa criaram o inoculante isolando uma cepa da bactéria Kosakonia sacchari que já tinha capacidade de fixação de nitrogênio em seu genoma, embora os genes em questão não fossem naturalmente ativos em condições de campo. Usando tecnologia de edição de genes, os cientistas foram capazes de reativar um conjunto de 18 genes para  que a enzima nitrogenase é produzida mesmo na presença de fertilizante sintético. “Nós os induzimos a começar a produzir essa enzima”, diz Temme.

Steven Hall, biogeoquímico da Universidade Estadual de Iowa, agora está testando o produto em grandes contêineres do tamanho de uma lixeira com milho crescendo neles. Os pesquisadores aplicam o inoculante, junto com diferentes quantidades de fertilizante sintético, no solo e medem a produção de milho, a produção de óxido nitroso e a quantidade de nitrato que sai da base dos recipientes. Embora os resultados do teste ainda não tenham sido divulgados, Hall diz que há “um bom suporte inicial” para a hipótese de que os micróbios reduzem a necessidade de fertilizantes, reduzindo assim as emissões de óxido nitroso.

Mas alguns cientistas do solo e microbiologistas são céticos quanto a uma rápida correção microbiana. “Biofertilizantes” como esses tiveram um sucesso misto, dependendo do solo e do ambiente em que são aplicados, diz Tolu Mafa-Attoye, estudante de pós-graduação em microbiologia ambiental na Universidade de Guelph, no Canadá. Em um estudo de campo de trigo, por exemplo, inocular as safras com micróbios benéficos aumentou o crescimento das plantas, mas só resultou em rendimentos ligeiramente maiores. Desconhecidas abundam, os colegas Guelph de Mafa-Attoye escreveram em fevereiro em  Fronteiras em sistemas alimentares sustentáveis - por exemplo, se os micróbios afetarão negativamente a ecologia do solo ou serão superados por micróbios nativos.

Em vez de adicionar um micróbio, pode fazer mais sentido encorajar o crescimento de micróbios desejáveis ​​que já existem no solo, diz Caroline Orr, microbiologista da Teesside University, no Reino Unido. Ela descobriu que a redução no uso de pesticidas levou a uma comunidade microbiana mais diversa e uma maior quantidade de fixação natural de nitrogênio. Além disso, a produção de óxido nitroso é influenciada pela disponibilidade de carbono, oxigênio e nitrogênio - e todos são afetados pelo ajuste do uso de fertilizantes, irrigação e aração.

Tome lavoura, por exemplo. Uma análise de mais de 200 estudos descobriram que as emissões de óxido nitroso aumentaram nos primeiros 10 anos depois que os agricultores pararam ou reduziram a lavoura de suas terras. Mas depois disso, as emissões caíram. Johan Six, co-autor da análise e agroecologista da ETH Zürich, na Suíça, acha que é porque os solos começam em um estado fortemente compactado após anos de equipamentos passando por cima deles. Com o tempo, porém, o solo não perturbado forma uma estrutura semelhante a uma migalha de biscoito que permite que mais ar entre. E em ambientes com alto teor de oxigênio, os micróbios produzem menos óxido nitroso. Esses sistemas de plantio direto também resultam em mais armazenamento de carbono porque menos aragem significa conversão reduzida de carbono orgânico em CO ₂ - proporcionando um benefício adicional para o clima.

Pode até ser possível para os agricultores economizar dinheiro em fertilizantes e água e reduzir as emissões, mantendo a produtividade. Em uma pesquisa em fazendas de tomate no Vale Central da Califórnia, Six descobriu que as parcelas de estudo com cultivo reduzido e um sistema de irrigação por gotejamento que liberava nitrogênio lentamente para as plantas - reduzindo a quantidade de nutrientes acumulados no solo - baixou o N₂Emissões de O em 70 por cento em comparação com parcelas gerenciadas convencionalmente. O fazendeiro que implementou essas mudanças também foi compensado por sua redução de gases de efeito estufa por meio do programa de limite e comércio do estado. Com os incentivos certos, persuadir os agricultores a cortar suas emissões pode não ser tão difícil, diz Six.

No Missouri, o fazendeiro Andrew McCrea cultiva 2,000 acres de milho e soja em sistema de plantio direto. Este ano, ele planeja reduzir seu uso de fertilizantes e ver se o inoculante Pivot Bio pode manter sua produção mais ou menos igual. “Acho que todos os agricultores certamente se preocupam com o solo”, diz ele. “Se pudermos cortar custos, isso também será ótimo.”

E se os formuladores de políticas se voltarem para o combate ao óxido nitroso, haverá grandes benefícios para todos nós, diz Kanter, da Universidade de Nova York. Alguns deles poderiam ser mais rápidos e tangíveis do que lidar com as mudanças climáticas. As mesmas medidas que reduzem N₂Os níveis de O também reduzem a poluição local do ar e da água, bem como as perdas de biodiversidade. “Essas são coisas que as pessoas verão e sentirão imediatamente”, diz Kanter, “dentro de anos, ao invés de décadas ou séculos”.