Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, леса, луга и другие природные зоны по всему миру получают на четверть меньше азота, чем считалось раньше. К такому выводу пришла международная группа ученых, включая эколога Сару Баттерман из Института экосистемных исследований Кэри. Это открытие меняет наши представления о естественных климатических решениях, ведь азот — это основа жизни растений, а значит, и ключевой элемент в процессе поглощения углерода из атмосферы.

За исключением некоторых тропических лесов и засушливых регионов, мы обнаружили, что количество азота, доступного растениям во многих природных зонах, было переоценено, — говорит Баттерман. — Наши результаты показывают, что способность лугов и умеренных лесов поглощать углерод ограничена именно нехваткой азота.

Ученые сосредоточились на азоте, который становится доступен растениям благодаря работе особых микробов. Эти микроорганизмы, часто живущие в симбиозе с растениями, преобразуют газообразный азот из воздуха в форму, пригодную для питания и роста. К примеру, азот — важнейший компонент хлорофилла, того самого зеленого пигмента, который с помощью фотосинтеза превращает углекислый газ в растительную ткань. Углерод при этом накапливается в древесине, листьях, корнях и почве.

Раньше оценки фиксации азота были искажены из-за предвзятости отбора проб. Замеры на местах часто проводили в природных зонах, где азотфиксирующие организмы встречаются в среднем в 17 раз чаще, чем в целом по миру. Это и привело к переоценке доступности азота.

Новое же исследование, под руководством Карлы Рейс Эли, собрало самую обширную базу данных по фиксации азота на суше. Ученые разработали новый, биологически реалистичный алгоритм для масштабирования полевых измерений и включили в анализ ранее неучтенные ниши: кустарники, травы, мхи, мертвую древесину. Это помогло выявить как «азотные оазисы», так и „пустыни“.

Мы подсчитали, что объем фиксации азота микробами в естественных экосистемах примерно на 25 миллионов тонн в год меньше, чем считалось ранее, — объясняет Баттерман. — Эта нехватка эквивалентна грузу примерно 113 полностью загруженных контейнеровозов.

Более точные данные позволяют значительно улучшить климатические модели, которые прогнозируют, сколько углекислого газа поглощает суша и как на этот процесс повлияют изменения климата.

Анализ также выявил тревожную тенденцию в сельском хозяйстве. Посевы азотфиксирующих культур, таких как соя и люцерна, которые улучшают здоровье почвы и кормят растущее население планеты, увеличили объем естественной фиксации азота на суше на 64% по сравнению с доиндустриальной эпохой (и это без учета химических удобрений). Избыток азота может наносить серьезный вред.

Лишний азот просачивается в грунтовые воды, попадает в реки и озера, вызывая цветение водорослей и нанося ущерб водной экосистеме, — отмечает Рейс Эли.

Кроме того, избыток азота может превращаться в закись азта — мощный парниковый газ.

Высокий уровень азота также благоприятствует быстрорастущим инвазивным растениям, которые вытесняют местные виды и снижают биоразнообразие.

Это исследование помогает нам понять, в какой степени мы изменили круговорот азота, выйдя за безопасные для человечества рамки, — заключает Баттерман.

Рейс Эли призывает к более последовательным замерам и мониторингу фиксации азота:

Это поможет нам обеспечить почву необходимым количеством азота, не превращая его благо в проблему.

Реальная польза этого исследования носит фундаментальный прикладной характер. Во-первых, оно позволяет создать гораздо более точные климатические модели. Раньше мы переоценивали способность многих экосистем к поглощению CO2, что вело к излишнему оптимизму в прогнозах. Теперь же модели станут реалистичнее, а стратегии по достижению углеродной нейтральности — обоснованнее. Во-вторых, оно дает четкий сигнал агрономам и экологам: необходим точечный и адресный подход к управлению азотом. В природных зонах, где его не хватает, возможно, потребуется осторожная поддержка экосистем. В агросекторе, где его переизбыток, — строгий контроль и внедрение технологий точного земледелия, чтобы минимизировать вред окружающей среде, не снижая урожайности.

Основное критическое замечание может касаться метода масштабирования. Авторы разработали новый алгоритм для экстраполяции точечных полевых замеров на глобальный уровень, что всегда сопряжено с высокой степенью неопределенности. Несмотря на стремление учесть большее разнообразие экосистем, общая модель все равно может нивелировать крайне важную локальную вариабельность. Ключевой вопрос: насколько репрезентативна новая, пусть и более обширная, выборка для всей планеты? Достоверность окончательной цифры в 25 миллионов тонн напрямую зависит от того, насколько безупречен этот алгоритм, что можно будет проверить только временем и дальнейшими независимыми исследованиями.

Ранее ученые выяснили, что водоемы производят больше азота, чем принято считать.