研究稱全球氮供應(yīng)量下降對許多自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響

論文的主要作者、美國國家社會環(huán)境綜合中心的前博士后學(xué)者Rachel Mason說：“地球上同時存在過多的氮和過少的氮。”

在過去的一個世紀(jì)里，人類通過工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動使全球反應(yīng)性氮的供應(yīng)量增加了一倍以上。這些氮集中在溪流、內(nèi)陸湖泊和沿海水體中，有時會導(dǎo)致富營養(yǎng)化、低氧死角和有害藻類大量繁殖。這些過量氮的負(fù)面影響導(dǎo)致科學(xué)家將氮?dú)庾鳛橐环N污染物來研究。然而，不斷上升的二氧化碳和其他全球變化增加了植物和微生物對氮的需求，研究小組新發(fā)表的論文表明，世界上許多地區(qū)的氮供應(yīng)正在下降，對植物生長產(chǎn)生了重要影響。

“這些結(jié)果顯示了世界是如何以復(fù)雜和令人驚訝的方式變化的，”該論文的共同作者、紐約市立大學(xué)研究生中心環(huán)境科學(xué)倡議的高級科學(xué)研究中心的教授Peter Groffman,說。“我們的發(fā)現(xiàn)表明，擁有長期的數(shù)據(jù)以及集中的綜合努力對于理解這些變化以及它們對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康和福祉的影響非常重要。”

研究人員回顧了長期的全球和區(qū)域研究，發(fā)現(xiàn)了由多種環(huán)境變化引起的氮供應(yīng)下降的證據(jù)，其中之一是大氣中二氧化碳水平的升高。大氣中的二氧化碳已經(jīng)達(dá)到了數(shù)百萬年來的最高水平，與150年前相比，陸地上的植物接觸到的這種基本資源多了大約50%。大氣中二氧化碳的升高使植物受精，允許更快生長，但在此過程中稀釋了植物的氮。在人工提高植物周圍空氣中的二氧化碳的實驗中已經(jīng)觀察到了這些過程，現(xiàn)在有證據(jù)表明自然環(huán)境中的植物也在以同樣的方式做出反應(yīng)。

氮是植物和食用它們的動物的一個基本元素。花園、森林和漁業(yè)在施用氮肥時都更有生產(chǎn)力。如果植物的氮變得更少，樹木生長得更慢，它們的葉子對昆蟲的營養(yǎng)更少，可能會減少生長和繁殖，不僅是昆蟲，還有以它們?yōu)槭车镍B類和蝙蝠。

“當(dāng)?shù)獨(dú)廨^少時，每一種生物都會對這種元素持有更長的時間，減緩了氮?dú)馔ㄟ^食物鏈從一種生物流向另一種生物。這就是我們可以說氮循環(huán)正在停止的原因，”論文的高級作者、馬里蘭大學(xué)環(huán)境科學(xué)中心和國家社會環(huán)境綜合中心的景觀生態(tài)學(xué)教授Andrew Elmore說。

除了增加大氣中的二氧化碳，全球氣溫上升也影響到與氮供應(yīng)和需求有關(guān)的植物和微生物過程。氣候變暖通常會改善生長條件，這可能導(dǎo)致生長季節(jié)延長，導(dǎo)致植物的氮需求超過土壤中的供應(yīng)。野火等也可以從系統(tǒng)中移除氮，并隨著時間的推移減少可用性。

氮是植物生長的一個重要元素，其可用性的下降有可能制約植物從大氣中清除二氧化碳的能力。目前，全球植物生物量儲存的碳幾乎與大氣中的碳一樣多，而且生物量碳儲存每年都在增加。只要植物儲存的碳能減少大氣中的二氧化碳，它就有助于減少大氣的全球變暖潛力。然而，氮供應(yīng)量的下降通過對植物生長的限制而危及植物碳儲存的年度增長。因此，試圖估計生物質(zhì)中儲存的碳的氣候變化模型，包括隨時間變化的趨勢，需要考慮到氮的可用性。

Elmore說：“盡管有強(qiáng)烈的跡象表明在許多地方和背景下氮的可用性在下降，但對空間和時間模式的理解還不夠充分，無法有效地指導(dǎo)全球管理的努力。在未來，這些數(shù)據(jù)可以匯集成氮循環(huán)的年度報告或變化中的氮供應(yīng)的全球地圖，這將是科學(xué)家、管理者和政策制定者的綜合資源。”