Слишком много хорошего: деятельность человека перегружает экосистемы азотом

Согласно новому исследованию, сжигание ископаемого топлива и увеличение числа промышленных и сельскохозяйственных процессов, производящих азот, приводят к перегрузке экосистем этим элементом. Хотя азот является важнейшим для жизни элементом, в высоких концентрациях он становится экологическим бедствием.

Избыток азота антропогенного происхождения загрязняет пресные воды и прибрежные зоны и может способствовать изменению климата. Тем не менее, такой экологический ущерб можно сократить, внедрив проверенные временем устойчивые практики. Исследование международной группы ученых, частично финансируемое Национальным научным фондом США (NSF), было опубликовано 8 октября 2010 года в журнале Science.

Человеческая деятельность стала доминирующим фактором в глобальном цикле азота. По словам Пола Фальковски из Университета Рутгерса, члена исследовательской группы, с начала XX века антропогенный вклад в круговорот азота начал стремительно расти: «На самом деле, ни одно явление, вероятно, не влияло на цикл азота сильнее, чем антропогенные поступления азота в цикл за последние 2,5 миллиарда лет». В настоящее время деятельность человека обеспечивает вдвое больше фиксации азота на суше, чем природные источники, и дает около 45% от общего количества биологически полезного азота, производимого ежегодно на Земле. Значительная часть этих поступлений связана с увеличением на 800% использования азотных удобрений в период с 1960 по 2000 год.

Проблема усугубляется низкой эффективностью их применения: около 60% азота из удобрений не усваивается растениями, смывается из корневой зоны и загрязняет реки, озера, водоносные горизонты и прибрежные районы через процесс эвтрофикации. Кроме того, некоторые реакции с участием азота выделяют в атмосферу оксид азота — парниковый газ, потенциал глобального потепления которого в 300 раз (на молекулу) выше, чем у CO₂, и который разрушает стратосферный озон.

«Не существует способа накормить людей без фиксации огромного количества азота из атмосферы, и в настоящее время этот азот применяется к сельскохозяйственным растениям очень неэффективно», — отмечает Фальковски. Для снижения нагрузки на экосистемы исследователи предлагают ряд мер: системный севооборот, оптимизацию сроков и объемов внесения удобрений, а также традиционную селекцию или генную инженерию для повышения эффективности использования азота растениями (например, у пшеницы, ячменя и ржи) и улучшения их взаимодействия с почвенными микробными сообществами.