Огромното количество азот, което се излива върху селскостопанските полета, причинява катастрофа с нашите гори. Никола Носенго изследва.

Жълто-кафявите листа и изтъняването на короните, които са разпръснати по целия свят, показват, че някои дървета умират рано. Но виновникът може да бъде нещо като изненада. Не става въпрос само за замърсяване от изпаренията на автомобила, или щетите от насекоми се разпространяват поради глобалното затопляне. Нашите гори са изправени пред по-спокоен злодей. Те са измъчвани от много неща, които осигуряват на хората храна през последните сто години - тор.

Използването на тор се промени драстично през ХХ век. В края на 90-те години хората се опитват да получат достатъчно тор за своите полета - основните източници са птичи гуано от тихоокеанските острови и селитра от пустинята на Чили. Но с нарастването на световното население стана ясно, че ще се нуждаем от по-евтин и лесен начин за получаване на използваема форма на азот. Този проблем е решен през 1909 г. от Фриц Хабер и Карл Бош, които проектират първия индустриален процес за превръщане на газообразния азот (N2) във въздуха в амоняк (NH3). Резултатът беше бърза доставка на евтини торове, която оттогава стимулира световното производство на храни.

Но този успех сега се превръща в екологична катастрофа. Неизползваният тор извлича полета в реките, отравя крайбрежните води и причинява киселинни дъждове. Учените се опасяват, че този поток от храна може да причини бавната и евентуално необратима смърт на нашите гори.

Азотът е относително нереактивен газ. Въпреки това, поради работата на някои бактерии, изгарянето на изкопаеми горива или производството на торове, той може да произведе редица реактивни молекули. Тази група молекули, известна като реактивен азот, включва амоняк, нитратни йони (NO 3 -) и азотни оксиди (NO x), а производството му се е увеличило повече от два пъти през последния век.

Храна за размисъл

До началото на 19 век най-реактивният азот се произвежда от бактерии и възлиза на около 100 милиона тона годишно. Въпреки това, само човешката дейност сега произвежда над 160 милиона тона годишно (справка 2) - 25 милиона тона чрез изгарянето на изкопаеми горива, главно в автомобили, и повече от 100 милиона тона от производството на индустриални торове. Ако текущите темпове на растеж продължат, глобалното производство на реактивен азот се очаква да достигне между 250 и 900 милиона тона годишно до 2100 година.

Проблемът е, че голяма част от този азот не се озовава там, където трябва да бъде - в нашата храна. Джеймс Галоуей, учен по околна среда от Университета на Вирджиния в Шарлотсвил, изчислява, че почти половината от азота, който се разпространява в полетата, не се поема от посевите, а вместо това се отмива.

Повечето от тях избягват през почвата в подземните води като нитрат, който след това се измива в езера или крайбрежни води. Излишните хранителни вещества подпомагат бързия растеж на водораслите, които от своя страна използват много кислород във водата, задушават рибите и други морски обитатели. Селскостопанският отток по река Мисисипи е толкова изпълнен с азот и други хранителни вещества, че сега в Мексиканския залив има огромен участък от 20 000 квадратни километра. В Съединените щати една трета от крайбрежните реки и заливи показват сходни ефекти в по-малък мащаб 2 .

По-рядко излишъкът от нитрати може да попадне в питейната вода, където може да причини синдром на "синьото бебе" или метхемоглобинемия. В това рядко, но понякога фатално състояние червените кръвни клетки вече не са в състояние да играят жизненоважната си роля в пренасянето на кислород в тялото, което от своя страна превръща устните на бебето в синьо и синьо.

Подобни ефекти върху здравето на крайбрежието и хората са привлякли заглавия и общественото внимание, но сега учените са притеснени от по-фини събития. Значително количество реактивен азот попада във въздуха като амоняк и NOx, където увеличава количеството ниско ниво на озон, което от своя страна допринася за смог и глобално затопляне. В атмосферата някои NO x се разтварят във водни пари, образувайки азотна киселина, която пада обратно на земята като киселинен дъжд. Амонякът, макар и алкален, също може да направи почвата по-кисела - тъй като микробите усвояват амоняка, те произвеждат нитратни и киселинни водородни йони.

Голяма част от този реактивен азот попада в нашите гори, където резултатите вече могат да се видят 3. Дърветата умират и относителното изобилие на различни растителни видове в някои гори започва да се променя 4. „Въздействието върху горите е по-бавно и по-малко видимо, отколкото в крайбрежната среда“, казва Галоуей. Но това може да означава, че когато ефектите се проявят, може да е твърде късно дърветата да се възстановят.

В края на 80-те години Джон Абър от университета в Ню Хемпшир в Дърам описва как една гора може да реагира на предозиране с азот 5. Той предположи, че гора, пълна с азот, първоначално процъфтява, но в един момент въвеждането на азот надвишава търсенето. Тъй като растенията вече не са в състояние да го абсорбират, азотът се натрупва в почвата, особено като нитрати. Тези отрицателно заредени йони привличат положително заредени йони, като калций и магнезий, и ги прехвърлят на водната повърхност. Това лишава дърветата от основни хранителни вещества, точно когато търсенето им за тях расте. Отслабените дървета стават все по-уязвими от замръзване, суша и паразити. В същото време нарастващата киселинност на почвата причинява загуба на биологично разнообразие в подлеса.

Отровена почва

оплодено

Пластмасов навес предпазва дърветата в Gårdsjön като част от експеримент за тестване на ефектите на азота.

Потвърждаването на хипотезата на Aber и прогнозирането на вероятния ход на бъдещи събития е сложно предложение. За тази цел изследователи от Шведския институт за изследване на околната среда IVL в Гьотеборг изучават наситеността на азот в гората Gårdsjön в югоизточна Швеция от 1991 г. насам. Част от гората е покрита с прозрачен покрив, свързан с чиста вода и действа като контролен обект., В друга част изследователите добавят 40 кг азот на хектар годишно към мястото, използвано за извличане на по-малко от 10 кг на хектар от атмосферно отлагане - незамърсената гора трябва да получава по-малко от 5 кг на хектар годишно. Масивните свръхдози ускоряват процеса на отравяне с азот, давайки на учените представа какво може да се случи в бъдеще. „През първите пет години не се е случило много“, казва Филип Молдан от Шведския институт за изследване на околната среда, който координира проекта. "Но оттогава виждаме промяна навсякъде, където погледнем."

Прекомерно оплодените дървета сега растат по-бързо от нормалното и нивата на различни хранителни вещества в листата се променят - както Aber прогнозира, листата съдържат повече азот и по-малко калций и магнезий от обикновените дървета. И около 10% от добавения азот сега излиза от гората като нитрат в подпочвените води, казва Молдан. Той се надява експериментът да продължи още десетилетие, за да се види как продължава процесът на насищане. "В един момент почвата е малко вероятно да успее да задържи добавения азот и гората ще започне да намалява", прогнозира той. "Но ние не знаем колко време ще отнеме."

Също така не е ясно как ще реагират различните видове гори. Въпреки че няма много информация за продължаване, проучванията показват, че влажните тропически гори достигат по-бързо насищане с азот, отколкото в умерения климат 6. Някои дървесни видове, като захарен клен и червен смърч, изглежда са особено чувствителни към друг азот и могат да изчезнат напълно от някои места.

И така, как можем да спасим нашите гори? Много европейски страни са се опитали да противодействат на образуването на реактивен азот чрез варуване - добавяне на калциеви или магнезиеви карбонати в почвата. Това намалява киселинността на почвата и доставя обратно хранителни вещества. Този метод обаче е твърде скъп в голям мащаб. Прекомерното варуване би убило почвените микроби, което отново ще промени екосистемата. „Варването лекува само симптоми, но не и болести“, казва Абър.

Пред 30 години бяха предприети няколко предварителни стъпки за решаване на проблема. През 70-те години както сярата, така и азотът са идентифицирани като източници на киселинни дъждове. Инициативи - като различни национални закони, включително Закона за чистия въздух от 1970 г. в САЩ - се стремят да намалят както серните оксиди, така и NO x. Въпреки това, регламентите за NO x контролираха само количествата, произведени от отделни автомобили, които до голяма степен игнорираха земеделските вноски. Само проверките за сяра бяха наистина успешни. „Отлагането на сяра в почвата в Европа и Северна Америка е намалено до 70%, но отлагането на азот е постоянно или леко се увеличава“, казва Абер.

Съкращаване

Повече от 28 европейски държави са подписали протокола от Гьотеборг от 1999 г., една от целите на който е да намали емисиите на NO x с 41% и амоняк със 17% до 2010 г. в сравнение с 1990 г. track: Емисиите на NO x и амоняк са намалели с 23% и 6%. Но това се дължи главно на контрола върху изгарянето на изкопаеми горива в Германия, Великобритания и Холандия, които няма да могат значително да намалят емисиите, казва Молдан. Междувременно емисиите от някои европейски страни, Китай и Русия се увеличават бързо.

Учените са скептични относно това колко ефективен ще бъде протоколът, особено защото не разглежда как земеделието може да намали емисиите на азот в лицето на нарастващото население и неговите хранителни нужди. „Страни като Китай не възнамеряват да намалят употребата на азот“, казва Молдан. "Всъщност те са решени да го увеличат."

Въпросните учени ще се срещнат следващия октомври в Нанкин, Китай, на 3-тата международна азотна конференция. Тяхната цел е да изготвят „Нанкински протокол“, който да се справи с проблема с азота на глобално ниво. Според Galloway, един от организаторите на срещата, протоколът не само трябва да включва ограничения върху емисиите на NOx и амоняк, но трябва да се фокусира върху интегриран подход за управление на реактивен азот.

Целта е използването на азота в земеделието да стане по-ефективно. Азотът може да се рециклира от отпадъците от култури, оборския тор и закланите животни, или чрез връщането му към газ N2 или към фуража за животни 7. Земеделските производители също биха могли да използват по-малко торове, ако имаше начини да намалят потреблението, без да намаляват добивите. Всички тези идеи са технически осъществими, казва Гелоуей, но са толкова скъпи, че никой в ​​момента не си прави труда. Това трябва да се промени. „Не можем да заменим реактивния азот, както направихме с хлорфлуорвъглеводородите в хладилниците“, казва Галоуей. „Имаме нужда от него и ще имаме нужда от него в бъдеще.

Коментари

Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и насоки на общността. Ако смятате, че това е обидно действие, което не отговаря на нашите условия или насоки, моля, сигнализирайте за неподходящо.