合成肥料最重要的原料之一——尿素，工業上由氨氣和二氧化碳在一定條件下合成。
尿素是一種優質、高效的氮肥，第一次世界大戰末期德國開始將其用作肥料。實踐證明，尿素含氮量高且無副成分，在所有作物上都顯示了良好的增產效果。20 世紀 50 年代以后，尿素成為各國重點發展的氮肥品種，在 1960-1975 年的 15 年中，全球的尿素產量增加了 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施用最多的一種氮肥。
尿素的大量生產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，導致了無謂的浪費。
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，NUE 一直處于低位，自 1980 年以來為 40% 至 50%。這意味著應用于作物的氮只有不到一半被吸收，其余的流失于環境。
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（Nitrogen Fixation Technology，NFT）可以將谷物產量提高 18%、生物量提高 16%，從而減少對合成肥料的需求和傳統耕作方法對環境的影響。
該公司的固氮技術是一種無破壞性的環境可持續施肥方法，旨在用于包括玉米、小麥和水稻在內的各種作物。Grace Breeding 正在開發一種雙效接種劑工具，將生物活性成分與固氮根瘤菌相結合。它們結合可以在植物中固定更多氮。此外，該技術避免了施肥造成的土壤和地表水污染。
如果 Grace Breeding 的固氮技術被廣泛采用，它可能會對農業產生持久影響——減少其對地球的污染、同時提高作物產量。根據世界經濟論壇的數據，2050 年，世界人口預計將達到 97 億。如今的農業亟需提高生產力和可持續性，以滿足不斷增長的人口需求。
“今天的農民需要使用生物肥料，以減少生態足跡、以更好的方式競爭出口。”Grace Breeding 在一份聲明中表示，該公司的 NFT 產品通過允許農民減少空氣污染以及水和土壤中的生態足跡，為農民提供了作物競爭優勢。Grace Breeding 將繼續改進其產品，同時檢查全球目標市場的現有產品。該公司在以色列擁有兩個領先的農場研發中心和 15 名農業開發專業人員，目前正與歐洲和印度的合作伙伴合作，以建立全球業務。
Grace Breeding 的 NFT 完全以植物為基礎。該公司表示，已經發現該技術可以改善土壤中養分的吸收并提高氮利用效率。在最近的一項實驗中，Grace Breeding NFT 配方針對全劑量的商業肥料進行了測試，其結果是肥料的用量減少 25 倍：從使用尿素種植玉米和小麥時的每公頃 1100 磅和 550 磅，減少到在使用 NFT 配方時的 44 磅；所需頻次從原來的三到四次減少到一次。
提高氮肥利用率越來越受到研究人員的重視。謝菲爾德大學團隊在 2019 年發表的一項研究發現，利用“藍尿素”可減少肥料所釋放的二氧化碳。該技術使用替代方法生產可再生能源的氫氣，并且不需要化石燃料。這也意味著要找到產生氫氣所需的其他二氧化碳來源。研究人員說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，進一步降低了能源和成本。
2005 年至 2015 年間，一項針對中國 2100 多萬小農戶的研究發現，農民可以提高作物產量，同時減少對環境的影響。這十年期間，玉米、大米和小麥的產量增加了約 11%。這也使氮肥減少了 16% 以上。
“通過生產更多的作物和更少的肥料，這項實驗提供了 122 億美元的經濟回報。”Our World in Data 報道，“這不是通過重大技術創新或政策變化來實現的：它涉及對農民進行良好管理實踐的教育和培訓。”
除了固氮，Grace Breeding 還擁有育種和植物保護的專利技術。
使用非轉基因技術，Grace Breeding 正在努力將獨特的性狀引入植物基因組，以創新品種、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的保質期；以及還在研究在切割和去皮條件下具有更長保質期和高工業優勢的無籽甜瓜。
其他研究項目包括活性和產量更高的大麻品系、谷物作物產量的增加、高產的南歐丹參（Salvia Sclarea）、非灌溉草坪的改善和無籽西紅柿。
Grace Breeding 育成的小黃瓜，其市場每年增長 15%。與現有領先品種相比，該品種黃瓜產量幾乎翻了一番，口感大大提升。該新品種已引入以色列和土耳其市場。
Grace Breeding 推出的 Ariel 和 Arbel 西紅柿品種對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 的植物保護廣防護系統（Plant Protection Wide Defense System，WDS）是一種創新的支持性、環境可持續的作物保護方法。通過生物增強植物的免疫系統，植物可以抵抗害蟲、真菌、細菌和病毒，減少對化學農藥的需求。除了將蔬菜產量提高 10-20% 和保質期提高 30%，該技術還降低了害蟲對化學品產生抗性的可能性，并提高了土壤和地下水的整體安全性，創造了一個更健康的環境。
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