合成肥料最重要的原料之一——尿素，工業(yè)上由氨氣和二氧化碳在一定條件下合成。
尿素是一種優(yōu)質(zhì)、高效的氮肥，第一次世界大戰(zhàn)末期德國(guó)開始將其用作肥料。實(shí)踐證明，尿素含氮量高且無(wú)副成分，在所有作物上都顯示了良好的增產(chǎn)效果。20 世紀(jì) 50 年代以后，尿素成為各國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的氮肥品種，在 1960-1975 年的 15 年中，全球的尿素產(chǎn)量增加了 10.5 倍，并從 70 年代開始逐步代替了硝酸銨而成為世界各國(guó)施用最多的一種氮肥。
尿素的大量生產(chǎn)使之一躍而成溫室氣體的主要元兇之一。雪上加霜的是，尿素的利用并不高，導(dǎo)致了無(wú)謂的浪費(fèi)。
所收獲的作物中的氮與所投入的肥料中的氮的比率稱為“氮利用效率”（NUE）。在全球范圍內(nèi)，NUE 一直處于低位，自 1980 年以來(lái)為 40% 至 50%。這意味著應(yīng)用于作物的氮只有不到一半被吸收，其余的流失于環(huán)境。
成立于 2015 年 5 月、總部位于以色列的 Grace Breeding 表示，它的固氮技術(shù)（Nitrogen Fixation Technology，NFT）可以將谷物產(chǎn)量提高 18%、生物量提高 16%，從而減少對(duì)合成肥料的需求和傳統(tǒng)耕作方法對(duì)環(huán)境的影響。
該公司的固氮技術(shù)是一種無(wú)破壞性的環(huán)境可持續(xù)施肥方法，旨在用于包括玉米、小麥和水稻在內(nèi)的各種作物。Grace Breeding 正在開發(fā)一種雙效接種劑工具，將生物活性成分與固氮根瘤菌相結(jié)合。它們結(jié)合可以在植物中固定更多氮。此外，該技術(shù)避免了施肥造成的土壤和地表水污染。
如果 Grace Breeding 的固氮技術(shù)被廣泛采用，它可能會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生持久影響——減少其對(duì)地球的污染、同時(shí)提高作物產(chǎn)量。根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇的數(shù)據(jù)，2050 年，世界人口預(yù)計(jì)將達(dá)到 97 億。如今的農(nóng)業(yè)亟需提高生產(chǎn)力和可持續(xù)性，以滿足不斷增長(zhǎng)的人口需求。
“今天的農(nóng)民需要使用生物肥料，以減少生態(tài)足跡、以更好的方式競(jìng)爭(zhēng)出口。”Grace Breeding 在一份聲明中表示，該公司的 NFT 產(chǎn)品通過允許農(nóng)民減少空氣污染以及水和土壤中的生態(tài)足跡，為農(nóng)民提供了作物競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。Grace Breeding 將繼續(xù)改進(jìn)其產(chǎn)品，同時(shí)檢查全球目標(biāo)市場(chǎng)的現(xiàn)有產(chǎn)品。該公司在以色列擁有兩個(gè)領(lǐng)先的農(nóng)場(chǎng)研發(fā)中心和 15 名農(nóng)業(yè)開發(fā)專業(yè)人員，目前正與歐洲和印度的合作伙伴合作，以建立全球業(yè)務(wù)。
Grace Breeding 的 NFT 完全以植物為基礎(chǔ)。該公司表示，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以改善土壤中養(yǎng)分的吸收并提高氮利用效率。在最近的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，Grace Breeding NFT 配方針對(duì)全劑量的商業(yè)肥料進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)果是肥料的用量減少 25 倍：從使用尿素種植玉米和小麥時(shí)的每公頃 1100 磅和 550 磅，減少到在使用 NFT 配方時(shí)的 44 磅；所需頻次從原來(lái)的三到四次減少到一次。
提高氮肥利用率越來(lái)越受到研究人員的重視。謝菲爾德大學(xué)團(tuán)隊(duì)在 2019 年發(fā)表的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，利用“藍(lán)尿素”可減少肥料所釋放的二氧化碳。該技術(shù)使用替代方法生產(chǎn)可再生能源的氫氣，并且不需要化石燃料。這也意味著要找到產(chǎn)生氫氣所需的其他二氧化碳來(lái)源。研究人員說(shuō)這可以從捕獲的碳排放物中獲取。研究人員還通過消除干燥和造粒的需要，進(jìn)一步降低了能源和成本。
2005 年至 2015 年間，一項(xiàng)針對(duì)中國(guó) 2100 多萬(wàn)小農(nóng)戶的研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)民可以提高作物產(chǎn)量，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的影響。這十年期間，玉米、大米和小麥的產(chǎn)量增加了約 11%。這也使氮肥減少了 16% 以上。
“通過生產(chǎn)更多的作物和更少的肥料，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)提供了 122 億美元的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。”O(jiān)ur World in Data 報(bào)道，“這不是通過重大技術(shù)創(chuàng)新或政策變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的：它涉及對(duì)農(nóng)民進(jìn)行良好管理實(shí)踐的教育和培訓(xùn)。”
除了固氮，Grace Breeding 還擁有育種和植物保護(hù)的專利技術(shù)。
使用非轉(zhuǎn)基因技術(shù)，Grace Breeding 正在努力將獨(dú)特的性狀引入植物基因組，以創(chuàng)新品種、滿足各種需求。例如，該公司正在研究低熱量的西紅柿和胡椒，而這將基于具有高番茄紅素含量的甜葉菊，以利于公眾健康和更長(zhǎng)的保質(zhì)期；以及還在研究在切割和去皮條件下具有更長(zhǎng)保質(zhì)期和高工業(yè)優(yōu)勢(shì)的無(wú)籽甜瓜。
其他研究項(xiàng)目包括活性和產(chǎn)量更高的大麻品系、谷物作物產(chǎn)量的增加、高產(chǎn)的南歐丹參（Salvia Sclarea）、非灌溉草坪的改善和無(wú)籽西紅柿。
Grace Breeding 育成的小黃瓜，其市場(chǎng)每年增長(zhǎng) 15%。與現(xiàn)有領(lǐng)先品種相比，該品種黃瓜產(chǎn)量幾乎翻了一番，口感大大提升。該新品種已引入以色列和土耳其市場(chǎng)。
Grace Breeding 推出的 Ariel 和 Arbel 西紅柿品種對(duì)番茄的主要病害之一——番茄褐色皺紋果病毒（Tbrf-V）具有抗性。
Grace Breeding 的植物保護(hù)廣防護(hù)系統(tǒng)（Plant Protection Wide Defense System，WDS）是一種創(chuàng)新的支持性、環(huán)境可持續(xù)的作物保護(hù)方法。通過生物增強(qiáng)植物的免疫系統(tǒng)，植物可以抵抗害蟲、真菌、細(xì)菌和病毒，減少對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的需求。除了將蔬菜產(chǎn)量提高 10-20% 和保質(zhì)期提高 30%，該技術(shù)還降低了害蟲對(duì)化學(xué)品產(chǎn)生抗性的可能性，并提高了土壤和地下水的整體安全性，創(chuàng)造了一個(gè)更健康的環(huán)境。
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