С середины 20-го века исследования и дебаты сосредоточены на негативном воздействии избытка азота на наземные и водные экосистемы. Новые данные свидетельствуют о том, что в настоящее время в мире наблюдается двойная динамика доступности азота, причем во многих регионах наблюдается его снижение. В новой обзорной статье в журнале Science ученые описали причины этого снижения и последствия для функционирования экосистем.
Сообщается, что за последнее столетие человек более чем в два раза увеличил общее глобальное поступление реактивного азота в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности. Этот азот концентрируется в ручьях, внутренних озерах и прибрежных водоемах, иногда приводя к эвтрофикации, мертвым зонам с недостатком кислорода и вредоносному цветению водорослей. Эти негативные последствия избытка азота заставили ученых изучать азот как загрязняющее вещество. Однако увеличение выбросов углекислого газа и другие глобальные изменения увеличили потребность растений и микробов в азоте. Во многих регионах мира, не подверженных чрезмерному поступлению азота от человека, многолетние записи показывают, что доступность азота снижается, что имеет важные последствия для роста растений и животных.
Азот является важным элементом в белках, поэтому его наличие имеет решающее значение для роста растений и животных, которые ими питаются. Сады, леса и рыбные хозяйства почти все более продуктивны, если их удобряют умеренным количеством азота. Если азот становится менее доступным, растения растут медленнее, а их листья менее питательны для насекомых, что потенциально снижает рост и размножение не только насекомых, но и птиц и летучих мышей, которые ими питаются.
Исследователи изучили долгосрочные, глобальные и региональные исследования и обнаружили свидетельства снижения доступности азота. Например, на лугах в центральной части Северной Америки доступность азота снижалась в течение ста лет, и скот, пасущийся в этих районах, с течением времени получал меньше белка в своем рационе. Между тем, многие леса в Северной Америке и Европе испытывают снижение питательности в течение нескольких десятилетий или дольше.
Это снижение, вероятно, вызвано многочисленными изменениями окружающей среды, одним из них является повышение уровня углекислого газа в атмосфере, который достиг самого высокого уровня за последние миллионы лет, и наземные растения подвергаются воздействию примерно на 50% больше этого важного ресурса, чем всего 150 лет назад. Повышенный уровень атмосферного углекислого газа удобряет растения, обеспечивая их быстрый рост, но при этом разбавляет азот в растениях, что приводит к каскаду эффектов, снижающих доступность азота. Помимо повышения уровня углекислого газа в атмосфере, такие нарушения, как лесные пожары, также могут со временем снизить доступность азота.
Из-за этого ограничится способность растений удалять углекислый газ из атмосферы. В настоящее время мировая биомасса растений хранит почти столько же углерода, сколько его содержится в атмосфере, и запас углерода в биомассе увеличивается каждый год по мере роста уровня углекислого газа. Однако снижение доступности азота ставит под угрозу ежегодное увеличение запасов углерода в растениях, ограничивая их рост. Поэтому модели изменения климата, которые в настоящее время пытаются оценить накопление углерода в биомассе, включая тенденции во времени, должны учитывать доступность азота, отметили ученые.
