Азот играет ключевую роль в функционировании экосистем и биогеохимических циклов на нашей планете. Он является основным элементом, необходимым для роста растений, входит в состав хлорофилла и аминокислот, и напрямую влияет на поглощение углекислого газа из атмосферы. Однако последние научные исследования указывают, что запасы доступного азота в лесах, лугах и других природных зонах существенно переоценены. Новый глобальный анализ, опубликованный в уважаемом научном журнале Nature, проливает свет на масштабы этой переоценки и её последствия для понимания климата и устойчивого управления природными ресурсами. Исследование, проведённое международной командой учёных под руководством эколога Сары Баттерман из Института экосистемных исследований Кэри, показало, что количество биологически фиксируемого азота в естественных экосистемах, особенно в лесах и пастбищах, на четверть меньше, чем считалось ранее.
Такое открытие основано на более обширных полевых данных и новой модели масштабирования, учитывающей разнообразие ниш, где происходит азотфиксация, включая мхи, травянистую растительность, кустарники и даже мёртвую древесину. Ранее оценки биологического азота базировались преимущественно на данных, собранных возле участков с высокой концентрацией азотфиксирующих организмов. Такая выборка приводила к ярко выраженному смещению, так как азотфиксирующие бактерии и симбиотические микроорганизмы были в среднем в 17 раз чаще представлены в выбранных точках, чем в среднем на всей планете. В результате общие показатели биологического фиксационного азота оказались значительно завышены. Новое исследование исправляет этот перекос, предоставляя более точное представление о распределении и интенсивности азотфиксации secara global.
Азотфиксация — это сложный биологический процесс, при котором микроорганизмы превращают атмосферный азот в форму, доступную растениям для усвоения. Этот процесс решающий не только для поддержания плодородия почвы, но и для накопления углерода в биомассе лесов и лугов. Знание точного объема биологической фиксации азота крайне важно для прогнозирования способности естественных экосистем поглощать парниковые газы и смягчать последствия изменения климата. Недооценка или переоценка этого параметра влияет на точность климатических моделей и стратегий природоохранных мер. Одна из ключевых особенностей публикации — включение арен природных экосистем, которые были ранее мало изучены.
Это позволило выявить, что азот в некоторых биомах — таких как прерии и умеренные леса — подвержен ограничениям, что может сдерживать рост растений и общий потенциал углеродного поглощения. Более того, открытие «азотных пустынь» — регионов с особенно низкой азотфиксацией — дает новое измерение понимания биогеографического разнообразия и адаптивных стратегий растений и микробов. На фоне природных экосистем учёные также установили значительный рост биологической фиксации азота в сельскохозяйственных районах. Использование бобовых культур, таких как соя и люцерна, способствует существенному увеличению доступа азота в почву. Это имеет двойственный эффект: с одной стороны, поддерживается производство продуктов питания для растущего населения планеты, с другой — вызывает экологические проблемы, такие как загрязнение воды нитратами и выбросы парниковых газов, особенно за счет образования оксидов азота.
Увеличение фиксации азота в сельском хозяйстве, по данным исследования, достигло 64% от предпромышленных уровней. Такой рост свидетельствует о значительной антропогенной модификации круговорота азота, что превышает безопасные пределы для экосистем. Избыток азота может приводить к эвтрофикации водоемов, снижать разнообразие растений из-за усиления инвазии быстрорастущих видов и способствовать эмиссии мощных парниковых газов, которые усугубляют глобальное потепление. Важным аспектом работы является призыв к созданию более согласованных и непрерывных систем мониторинга биологической азотфиксации. Это позволит экологам, агрономам и политикам лучше управлять источниками азота и сбалансировать потребности в поддержании плодородия с защитой окружающей среды.
Внедрение подобных решений способствует сохранению биоразнообразия, снижению опасного воздействия на водные ресурсы и смягчению изменения климата. Награда, полученная Carla Reis Ely за руководство этим исследованием, подтверждает важность и актуальность открытий. Инициативы по изучению и контролю нитрогенового цикла являются необходимым шагом для построения устойчивого будущего на нашей планете. Новые знания подчеркивают необходимость пересмотра подходов к управлению экосистемами и сельским хозяйством с учетом более точной оценки биологической азотфиксации. Точное понимание количества доступного азота позволяет прогнозировать, каким образом растительный покров сможет реагировать на вызовы изменения климата, уменьшить риски для экологии и обеспечить баланс между производством продуктов питания и сохранением природы.
