Углерод и азот оказались неразрывно связаны, что открывает новые пути для смягчения проблем загрязнения

Новое исследование глобальной проблемы загрязнения окружающей среды азотом — от почв до моря — показало, что глобальные соотношения азота и углерода в окружающей среде неразрывно связаны. Это открытие может привести к разработке новых стратегий для смягчения региональных проблем: от загрязнения водоемов до вопросов здоровья человека.

Исследование Университета Колорадо в Боулдере установило, что соотношение между нитратами — естественной формой азота в почвах, реках, озерах и океанах — и органическим углеродом тесно регулируется постоянными микробными процессами, происходящими практически во всех экосистемах. Команда проанализировала обширные базы данных, содержащие миллионы точек отбора проб из тропических, умеренных, бореальных и полярных регионов, включая известные загрязненные азотом районы, такие как Чесапикский залив, Балтийское море и Мексиканский залив.

«Мы разработали новую концепцию, объясняющую, как и почему углерод и азот оказались так тесно связаны», — заявил ведущий автор исследования, аспирант CU-Boulder Филип Тейлор. «Результаты помогают нам объяснить, почему содержание нитратов может становиться очень высоким в одних водоемах, но оставаться низким в других».

Статья Тейлора и профессора экологии и эволюционной биологии CU-Boulder Алана Таунсенда опубликована в номере журнала Nature от 22 апреля. Исследование частично финансировалось Национальным научным фондом США (NSF). Оба ученых также связаны с Институтом арктических и альпийских исследований CU-Boulder.

Человечество теперь производит более 400 миллиардов фунтов удобрений ежегодно, большая часть которых мигрирует с сельскохозяйственных угодий в атмосферу, водоемы и океаны. Это создает целый ряд экологических проблем: от прибрежных «мертвых зон» и токсичного цветения водорослей до загрязнения озоном и проблем со здоровьем человека.

Новое исследование показывает, что практически в любой области окружающей среды Земли, где растворенного органического углерода существенно больше, чем нитратов, азот поглощается микробными сообществами. «Но большинство этих нитратов, вероятно, не запирается навсегда, — пояснил Тейлор. — Вместо этого они передаются другим экосистемам, по сути, просто перемещая проблемы загрязнения в другие части окружающей среды».

Обнаруженная в исследовании устойчивая взаимосвязь между азотом и углеродом оказалась неожиданной. «Микробные сообщества, контролирующие эту связь, встречаются по всему земному шару — как в нетронутых средах, так и в районах сильного загрязнения», — отметил Тейлор.

«Суть в том, что если присутствует достаточное количество органического углерода, он поддерживает уровень нитратов на низком уровне, — сказал Таунсенд. — Используя доступные данные, мы теперь можем более точно оценивать, когда и где может возникнуть загрязнение нитратами».

Загрязнение азотом растет во всем мире, отчасти из-за таких интенсивно удобряемых видов деятельности, как производство биотоплива и мяса. Высокие концентрации нитратов в питьевой воде также представляют потенциальную опасность для здоровья человека. Анализ проблемы на меньших масштабах может позволить командам по управлению экосистемами лучше прогнозировать и влиять на судьбу нитратов в окружающей среде.