Igual que el cicle del carboni, el cicle del nitrogen està molt lligat a la biomassa vegetal. En els ecosistemes terrestres, les fulles i altres restes vegetals despreses de la biomassa vegetal al sòl alimenten la reserva de nitrogen orgànic del sòl. Els éssers del sòl (fongs, bacteris, cucs, etc.) mineralizan aquest nitrogen orgànic i les arrels de les plantes que creixen succeeixen aquest nitrogen mineral. A aquesta part principal del cicle cal afegir el consum vegetal dels animals i la seva posterior connexió a terra després de la digestió o després de la mort, les pèrdues de nitrogen mineral que es produeixen en el sòl i la captura de nitrogen des de l'atmosfera mitjançant lleguminoses que les compensa.

Per contra, en comparació amb el cicle del carboni, el cicle del nitrogen està molt més connectat amb l'atmosfera: en la majoria de les situacions només el 5% prové de l'atmosfera amb lleguminoses, sent la major part del cicle en plantes i sòls. En conseqüència, si augmenten les pèrdues locals i no són capaces de compensar les lleguminoses, es reduirà la fertilitat del sòl. Aquestes pèrdues es poden produir fàcilment ja que l'amoníac, el protòxid de nitrogen i el nitrat són molt mòbils, els dos primers en l'aire i l'últim en l'aigua.

El cultiu industrial transforma profundament el cicle

En els sistemes de cultiu el cicle del nitrogen és obert: en cada collita una part del nitrogen és retirat del sistema i s'afegeix al sòl un abonament compensatori. La fertilització a Europa occidental es realitzava principalment a través de la dejecció ramadera. En les zones d'especial capacitat de terra, com les campes, abans de plantar la gran pineda d'avui, la primera funció dels animals era la producció d'excrements, amb subproductes de carn o llana.

L'ús de lleguminoses en rotacions es va desenvolupar a partir del segle XVII, millorant la fertilitat dels sòls i reduint les necessitats de superfície. A partir de la dècada de 1820, els ocells aquàtics de les repoblacions peruanes comencen a exportar-se a Europa, incrementant els rendiments del seu cultiu. Però el major canvi es va produir en el segle XX, quan el químic alemany Fritz Haber va aconseguir que el nitrogen de l'aire es convertís en abonament.

Cinc anys després, Carl Bosch, de l'empresa BASF, va implementar el descobriment d'Haver-hi al nivell industrial. No obstant això, a diferència de les lleguminoses, Haver-hi i Bosch necessitaven grans quantitats de combustibles fòssils per a aquesta reacció química, és a dir, per a produir amoníac a partir del nitrogen de l'aire i de l'hidrogen dels hidrocarburs. L'amoníac s'utilitzava per a produir abonaments i explosius. Durant la Primera Guerra Mundial, Alemanya va desenvolupar ràpidament aquest sector: En 1913 la primera unitat química va produir 11.000 tones, en 1917 es va construir una segona, es van produir 36.000 tones i l'any següent es van produir 160.000 tones. Després de la guerra, aquests mateixos tallers, i altres similars construïts al llarg del món, van començar a produir fertilitzants sintètics de manera massiva. A partir de llavors, els usos de les policultures i lleguminoses es tornen obsolets, iniciant-se la industrialització i especialització del cultiu. Alfred James Lotka, teòric de la dinàmica poblacional, va afirmar en 1924 que es va obrir una nova era en la història de la humanitat. Encara que en aquella època no s'utilitzava la paraula "antropozeno", va percebre la importància del canvi.

Ofegat pel nitrogen de l'antropoceno

Un segle després del comentari de Lotka, els fertilitzants sintètics penetren en la biosfera més que la quantitat de nitrogen que el cicle biològic del nitrogen capta de l'aire. Aquest canvi gegantesc no s'està produint sense danys col·laterals quant a les pèrdues de nitrogen mineral que es produeixen en el sòl. Aquestes pèrdues són massives si s'utilitzen fertilitzants sintètics.
Una de les raons és que les pèrdues no són proporcionals a l'ús de fertilitzants, sinó que són proporcionalment majors si s'utilitzen majors quantitats de fertilitzants. D'altra banda, l'eficiència del nitrogen està disminuint amb l'augment de la quantitat de fertilitzants. A més, el nitrat no absorbit per la vegetació s'aboca a aigües subterrànies, rius i costes, degradant la potabilitat de les aigües i els ecosistemes. L'amoníac sobrant també s'emet a l'atmosfera, perjudicant la nostra salut.

Segons el grup que ha definit els límits planetaris, aquest excedent de nitrogen hauria de ser com a màxim de 60 milions de tones a l'any i avui dia és de 190 milions de tones. Per això, Nacions Unides i la Unió Europea han anunciat l'objectiu de reduir les pèrdues de nitrogen al mig per a 2030. El problema és que, sense sortir del cultiu industrial, la millor manera de millorar l'eficiència dels fertilitzants i reduir les pèrdues de nitrogen és la reducció de la producció, ja que altres ajustos, com evitar la nitrificació en els sòls, millorar les varietats, realitzar fertilitzacions més precises, només tenen efectes marginals.
Però qui està actualment disposat a reduir la producció amb les tensions en el mercat global de cereals en els dos últims anys? Com alimentar als que pròximament serem 10.000 milions sense comprometre les condicions de vida de les generacions futures? En resum, segons tres alevins: més lleguminoses en rotacions (per a augmentar així la reserva de nitrogen orgànic del sòl); reconnectant els cultius i el cultiu (alimentant als animals només amb farratges locals i aprofitant els seus excrements en els camps); reduint considerablement el consum de carn i substituint els ponts per cultius de consum humà (amb la finalitat de fer més eficient l'ús dels sòls). Aquestes conclusions són les que aporta el nou estudi Methodology for designing a European agro-ecological future (Metodologia per al disseny del futur agroecològic europeu). Per prendre una il·lustració paradigmàtica: el blat de moro farratger produït amb fertilitzants sintètics en lloc d'exportar-lo per a farratge de bestiar per a cria industrial; la plantació de blat, cigrons, faves, patates i trèvols; el pasturatge de matolls en terres pròximes incultivables, l'aprofitament del seu excrement i la reorientació de la carn només cap als capritxos de cap de setmana.
Lamentablement, les possibilitats de reduir els excedents de nitrogen no són moltes, però afortunadament els avantatges de posar-los en marxa són múltiples.