ผู้ผลิตอาหารทำให้โลกร้อนขึ้น

ผู้ผลิตอาหารทำให้โลกร้อนมากกว่าคนอื่น 300 เท่า ?

ชื่อเรื่องวันนี้ ดูน่ากลัว เพราะหากเป็นเช่นนั่นจริง เราทั้งหลายที่รับประทานอาหาร ก็หลีกเลี่ยงสภาพเป็น “คนผิดคนร้ายทำลายโลก” ไม่ได้ Ula Chrobak เขียนบทความเรื่อง “The world's forgotten greenhouse gas“ ลงใน bbc online เมื่อวันที่ 4 มิถุนายน 2564 ก่อนวันสิ่งแวดล้อมโลก เรื่องเป็นวิทยาศาสตร์ค่อนข้างยาว แต่ควรอ่านครับ 

การปล่อยก๊าซเรือนกระจกหรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า “ก๊าซหัวเราะ” กำลังเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ปัญหาคือเราจะสามารถลดการปล่อยมลพิษจากแหล่งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษย์ได้หรือไม่?

ความพยายามของโลกในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่มาจากแหล่งอาหารของเรากำลังได้รับความสนใจมากขึ้น เพราะก๊าซเรือนกระจกจากภาคการเกษตรคิดเป็นร้อยละ 16-27 ของการปล่อยภาวะโลกร้อนที่เกิดจากมนุษย์ทั้งหมด เพียงแต่ว่าการปล่อยก๊าซเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่ได้มาจากคาร์บอนไดออกไซด์ ตัวร้ายที่มนุษย์คุ้นเคยว่าเป็นตัวการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ แต่มาจากก๊าซเรือนกระจกตัวอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งก๊าซไนตรัสออกไซด์ (N2O)

David Kanter นักวิจัยด้านมลพิษในสารอาหาร มหาวิทยาลัยนิวยอร์ก และทำหน้าที่เป็นรองประธานโครงการ International Nitrogen Initiative องค์กรที่เน้นการวิจัยมลพิษไนโตรเจนและการกำหนดนโยบายกล่าวว่า "ไนตรัสออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกที่ถูกลืม"

โมเลกุลของ N2O มีศักยภาพที่จะทำให้บรรยากาศร้อนขึ้นมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 300 เท่า และก็มีลักษณะเช่นเดียวกับคาร์บอนไดออกไซด์ N2O มีอายุยืนยาวเฉลี่ย 114 ปี บนท้องฟ้า ก่อนที่จะสลายตัว อีกทั้งยังมีฤทธิ์ทำลายชั้นโอโซนด้วย โดยรวมแล้ว ผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศจากก๊าซหัวเราะนี้ไม่ใช่เรื่องตลก นักวิทยาศาสตร์จาก IPCC ได้ประมาณการว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดของมนุษย์นั้น มีไนตรัสออกไซด์เป็นส่วนประกอบอยู่ด้วยราวร้อยละ 6 และ 3/4 ของการปล่อย N2O เหล่านั้นมาจากการเกษตร

แม้จะมีส่วนสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ แต่การปล่อย N2O ส่วนใหญ่ถูกละเลยในนโยบายสภาพภูมิอากาศ และก๊าซยังคงสะสมอยู่  การตรวจสอบแหล่งที่มาและอ่างเก็บก๊าซไนตรัสออกไซด์เมื่อปี 2020 พบว่า การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเพิ่มขึ้นร้อยละ 30 ในช่วง 4 ทศวรรษที่ผ่านมา และมีปริมาณมากกว่าการปล่อยก๊าซที่เป็นไปได้สูงสุดที่ IPCC คาดเอาไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์อย่างหนักของโลก นั่นถูกยกให้เป็นผู้ร้ายหลัก

วันนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีต่างๆ ในการบำบัดดินหรือปรับการทำฟาร์มเพื่อลดการผลิต N2O

 Michael Castellano นักธรณีวิทยาและนักปฐพีวิทยา Iowa State University กล่าวว่า "สิ่งใดที่สามารถทำได้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ย นั่นถือเป็นเป็นเรื่องใหญ่”

ความไม่สมดุลของไนโตรเจน

มนุษยชาติทำให้วัฏจักรไนโตรเจนของโลกไม่สมดุล  ก่อนการเติบโตของการเกษตรสมัยใหม่ ไนโตรเจนที่เกิดขึ้นในฟาร์มส่วนใหญ่มาจากปุ๋ยหมัก ปุ๋ยคอก และจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจน และใช้ก๊าซไนโตรเจน (N2) และแปลงเป็นแอมโมเนียมที่เป็นสารอาหารที่ละลายน้ำได้ ซึ่งพืชสามารถดูดซึมผ่านรากได้ แล้วทุกอย่างก็เปลี่ยนไปในช่วงต้นทศวรรษ 1900 ด้วยการเปิดตัวกระบวนการ Haber-Bosch ซึ่งเป็นวิธีทางอุตสาหกรรมในการผลิตปุ๋ยแอมโมเนียขึ้นมาจำนวนมหาศาล

ปุ๋ยสังเคราะห์ที่อุดมสมบูรณ์นี้ ช่วยเพิ่มผลผลิตพืชผลและช่วยผลิตอาหารให้แก่ผู้คนทั่วโลก แต่ไนเตรตและแอมโมเนียมส่วนเกินนี้มาพร้อมกับต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อม การผลิตปุ๋ยแอมโมเนียคิดเป็นประมาณร้อยละ 1 ของการใช้พลังงานทั้งหมดทั่วโลก และเป็นร้อยละ 1.4 ของการปล่อย CO2 (กระบวนการนี้ต้องใช้ความร้อนจากก๊าซไนโตรเจนและอยู่ภายใต้แรงกดดันสูงถึง 400 บรรยากาศ ดังนั้นจึงใช้พลังงานมาก)  ที่สำคัญกว่านั้น ปุ๋ยทำให้การปล่อยไนตรัสออกไซด์เพิ่มขึ้น เนื่องจากแต่ละปีเกษตรกรมักจะใช้ไนโตรเจนในไร่นาของตนในปริมาณมาก และพืชผลก็ใช้ประโยชน์ไม่ได้ทั้งหมด

เมื่อรากพืชไม่ดูดซับปุ๋ย ปุ๋ยบางชนิดก็ไหลออกจากทุ่งและทำให้ทางน้ำสกปรก สิ่งที่เหลืออยู่จะถูกบริโภคโดยจุลินทรีย์ในดินที่เปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนไตรท์ ไนเตรต และสุดท้ายย้อนกลับมาเป็นก๊าซไนโตรเจน ทั้งนี้ N2O ถูกสร้างขึ้นเป็นผลพลอยได้จากสองสามจุดในระหว่างกระบวนการนี้

การจ่ายปุ๋ยอย่างระมัดระวังในเวลาที่พืชต้องการหรือหาวิธีรักษาผลผลิตด้วยการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนที่ลดลงจะช่วยลดการปล่อย N2O เหล่านี้ได้ นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีต่างๆ ในการทำเช่นนั้น กลยุทธ์หนึ่งที่อยู่ระหว่างการตรวจสอบ คือ การใช้เทคนิคการเกษตรที่แม่นยำ (precisiom farming) ซึ่งใช้เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลเพื่อกำหนดตำแหน่งและเวลาที่จะใส่ไนโตรเจนลงในทุ่งนา และสามารถระบุปริมาณการใส่ลงไปได้ด้วย อีกวิธีหนึ่ง คือ การใช้สารยับยั้งไนตริฟิเคชั่น เป็นสารเคมีที่จะมาทำหน้าที่ยับยั้งจุลินทรีย์ไม่ให้ไปเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนเตรต ขัดขวางการสร้าง N2O และตรึงไนโตรเจนในดินเพื่อให้พืชใช้งานได้เป็นระยะเวลานาน

การใช้แนวทางทั้งสองนี้อย่างกว้างขวางจะช่วยลดการปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์ได้ราวๆ ร้อยละ 26 ภายในปี 2573 ตามการประมาณการเมื่อปี 2561 โดยนักวิจัยจากสถาบันระหว่างประเทศเพื่อการวิเคราะห์ระบบประยุกต์ (International Institute for Applied Systems Analysis) ประเทศออสเตรีย แต่นักวิจัยกลุ่มนี้กล่าวว่าจะใช้เวลามากกว่านั้นเพื่อช่วยให้บรรลุเป้าหมายก๊าซเรือนกระจกเช่นที่กำหนดไว้ในข้อตกลงปารีส ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงกำลังค้นหากลยุทธ์อื่นๆ เพิ่มเติม

ต้องแก้ปัญหาเรื่องดิน

ทางเลือกอีกทางหนึ่งเกี่ยวข้องกับการควบคุมศักยภาพของจุลินทรีย์บางชนิดในการจัดหาไนโตรเจนให้กับพืชโดยตรง เช่นเดียวกับที่แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนทำร่วมกับถั่วฝัก ถั่วลิสง และพืชตระกูลถั่วอื่นๆ "มีเหมืองทองคำอยู่ในดินจริงๆ" เป็นคำกล่าวของ Isai Salas-González ผู้เขียนบทความเกี่ยวกับชีวนิเวศจุลชีพของพืช (plant microbiome) ตีพิมพ์ในวารสาร Annual Review of Microbiology เมื่อปี 2020 และนักชีววิทยาเชิงคำนวณที่เพิ่งสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกจาก University of North Carolina at Chapel Hill

ในทางเดียวกันนี้ ตั้งแต่ปี 2019 บริษัท Pivot Bio ได้นำผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ที่เรียกว่า Pivot Bio Proven ออกวางตลาด พวกเขาระบุว่าจะช่วยทำให้เกิดการพึ่งพาอาศัยกันกับรากของพืช หลังจากที่เทเชื้อลงในร่องที่ปลูกเมล็ดข้าวโพด (บริษัทวางแผนที่จะเปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันสำหรับข้าวฟ่าง ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ และข้าว) จุลินทรีย์จะช่วยป้อนไนโตรเจนทีละน้อยทีละน้อย เพื่อแลกกับน้ำตาลที่รั่วไหลออกจากต้นพืช ช่วยลดความต้องการปุ๋ยสังเคราะห์ Karsten Temme หัวหน้าทีม ผู้บริหารของ Pivot Bio กล่าว

Temme กล่าวว่า นักวิทยาศาสตร์ของบริษัทได้สร้างหัวฉีดโดยการแยกสายพันธุ์ของแบคทีเรีย Kosakonia sacchari ที่มีความสามารถในการตรึงไนโตรเจนในจีโนมของมันอยู่แล แม้ว่ายีนที่เป็นปัญหาจะไม่ทำงานในพื้นที่แปลงไร่นา แต่การใช้เทคโนโลยีปรับแต่งยีน ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถกระตุ้นยีนทั้ง 18 ชุดได้อีกครั้ง ดังนั้นแบคทีเรียจึงสามารถสร้างเอ็นไซม์ไนโตรเจนขึ้นมาได้ แม้จะอยู่ในที่ที่มีปุ๋ยสังเคราะห์อยู่ก็ตาม “พวกเราค่อยๆ ตะล่อมให้มันเริ่มสร้างเอนไซม์นี้" Temme กล่าว

Steven Hall นักชีวธรณีเคมี Iowa State University กำลังทดสอบผลิตภัณฑ์ในภาชนะขนาดใหญ่เท่าถังขยะที่มีข้าวโพดปลูกอยู่ภายใน นักวิจัยใช้สารตั้งต้นดังกล่าวร่วมกับปุ๋ยสังเคราะห์ในปริมาณต่างๆ กับดินและวัดผลผลิตข้าวโพด การผลิต N2O และปริมาณไนเตรตที่ชะล้างออกจากฐานของภาชนะบรรจุ  แม้ว่าผลการทดลองจะยังไม่ออกมา แต่ Hall กล่าวว่ามี "ข้อสนับสนุนเบื้องต้นที่ดี" สำหรับสมมติฐานที่ว่าจุลินทรีย์ลดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ย ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยไนตรัสออกไซด์ได้เป็นอย่างดี

ต้องไม่ไถพรวน

แต่นักปฐพีวิทยาและนักจุลชีววิทยาบางคนยังข้องใจในการใช้จุลินทรีย์เพื่อการนี้ Tolu Mafa-Attoye นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาวิชาจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม University of Guelph ในแคนาดา กล่าวว่า "ปุ๋ยชีวภาพ (biofertilisers)" แบบนี้จะประสบความสำเร็จตามเป้าหมายได้ ขึ้นอยู่กับสภาพดินและสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่นการศึกษาในพื้นที่ปลูกข้าวสาลีครั้งหนึ่ง จุลินทรีย์เป็นประโยชน์มากสามารถช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตของพืชได้ดี แต่กลับให้ผลผลิตเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เพื่อนร่วมงานที่ University of Guelph ของ Mafa-Attoye เขียนบทความลงในวารสาร Frontier in Sustainable Food Systems เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมาว่า ไม่ทราบรายละเอียดมากมายนักเกี่ยวกับการที่จุลินทรีย์จะส่งผลเสียต่อระบบนิเวศน์ของดิน หรืออาจถูกจุลินทรีย์พื้นเมืองทำลายความสามารถของมัน

Caroline Orr นักจุลชีววิทยา Teesside University  ในสหราชอาณาจักร กล่าวว่า แทนที่จะเพิ่มจุลินทรีย์เข้าไป การส่งเสริมให้จุลินทรีย์ที่ต้องการซึ่งมีอยู่แล้วในดินเติบโต ดูจะเหมาะสมกว่า เธอพบว่าการลดการใช้สารกำจัดศัตรูพืชทำให้ชุมชนจุลินทรีย์มีความหลากหลายมากขึ้น และมีการตรึงไนโตรเจนตามธรรมชาติในปริมาณที่มากขึ้น นอกจากนี้ การผลิตไนตรัสออกไซด์ยังได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่ของคาร์บอน ออกซิเจน และไนโตรเจน และทั้งหมดนี้ได้รับผลกระทบจากการปรับการใช้ปุ๋ย การชลประทาน และการไถพรวน

เกี่ยวกับการไถพรวนนั้น มีตัวอย่างจากการศึกษามากกว่า 200 ชิ้น ที่พบว่า การปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์เพิ่มขึ้นในช่วง 10 ปีแรก หลังจากที่เกษตรกรหยุดหรือลดการไถพรวนดิน แต่หลังจากนั้นการปล่อยมลพิษจะลดลง เรื่องนี้ Johan Six ผู้ร่วมเขียนบทวิเคราะห์และนักวิทยาศาสตร์การเกษตรแห่ง ETH Zürich ในสวิตเซอร์แลนด์ เห็นว่าเป็นเพราะดินเริ่มอยู่ในสภาพอัดแน่นอย่างหนักเนื่องจากใช้อุปกรณ์ไถพรวนมาหลายปี เมื่อเวลาผ่านไป ดินที่ไม่ถูกรบกวนจะก่อตัวเป็นโครงสร้างคล้ายคุกกี้ที่ช่วยให้อากาศไหลเข้าได้มากขึ้น และในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนสูง จุลินทรีย์จะผลิตไนตรัสออกไซด์น้อยลง นอกจากนี้ ระบบไถพรวนดังกล่าวยังส่งผลให้มีการจัดเก็บคาร์บอนมากขึ้น เนื่องจากการไถน้อยลงหมายถึงการเปลี่ยนคาร์บอนอินทรีย์เป็น CO2 ที่ลดลง ซึ่งจะทำให้เกิดประโยชน์ต่อสภาพอากาศมากขึ้น 

รวมถึงเป็นไปได้ด้วยว่า เกษตรกรจะสามารถประหยัดเงินค่าปุ๋ยและค่าน้ำ และลดการปล่อยมลพิษออกจากไร่นา ทั้งหมดนี้ในขณะที่ยังคงให้ผลผลิตแบบเดิม โดยงานวิจัยฟาร์มมะเขือเทศในพื้นที่เซนทรัลวัลเล่ย์ของรัฐแคลิฟอร์เนีย Six พบว่า แปลงศึกษาที่มีการไถพรวนน้อยลง และใช้ระบบชลประทานแบบหยดที่ค่อยๆ เติมไนโตรเจนไปยังพืช ช่วยลดปริมาณสารอาหารที่สะสมอยู่ในดิน ช่วยลดการปล่อย N2O ลงได้ร้อยละ 70 เมื่อเทียบกับแบบปกติ ในแปลงที่มีการจัดการ เกษตรกรที่ดำเนินการเปลี่ยนแปลงแบบนี้จะได้รับการชดเชยการลดก๊าซเรือนกระจกผ่านโครงการ cap-and-trade ของรัฐ ที่เป็นแรงจูงใจที่เหมาะสม ทำให้เห็นได้ว่าการเกลี้ยกล่อมให้เกษตรกรลดการปล่อยมลพิษเป็นเรื่องทีาไม่ยากนัก

ในรัฐมิสซูรี Andrew McCrea เกษตรกรผู้เพาะปลูกข้าวโพดและถั่วเหลืองบนพื้นที่ 2,000 เอเคอร์ทำการเกษตรด้วยระบบที่ไม่ต้องไถพรวน ในปีนี้เขาวางแผนที่จะลดการใช้ปุ๋ยและดูว่าหัวเชื้อ Pivot Bio จะช่วยให้เขาได้ผลผลิตมากกว่าหรือน้อยกว่าหรือว่าเท่าเดิมหรือไม่ “ผมคิดว่าเกษตรกรทุกคนล้วนใส่ใจเรื่องดิน” เขากล่าว "ถ้าเราสามารถลดต้นทุนลงได้ นั่นก็จะถือว่ายอดเยี่ยมไปเลย"

และหากผู้กำหนดนโยบายหันไปแก้ปัญหาไนตรัสออกไซด์ มันจะเป็นประโยชน์มากมายสำหรับพวกเราทุกคน Kanter จาก New York University กล่าว  บางส่วนอาจรวดเร็วและจับต้องได้มากกว่าการจัดการกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ มาตรการเดียวกันกับที่จะช่วยลดระดับ N2O ลง ยังช่วยลดมลภาวะทางอากาศและทางน้ำในท้องถิ่น รวมถึงการสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพด้วย Kanter กล่าวว่า "สิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่ผู้คนจะเห็นและรู้สึกได้ทันที" ภายในไม่กี่ปี เมื่อเทียบกับหลายทศวรรษหรือหลายศตวรรษที่ผ่านมา