Hidtil usete niveauer af nitrogen kan udgøre en risiko for jordens miljø

Menneskelig produktion af fast nitrogen, bruges mest til at gøde afgrøder, står nu for omkring halvdelen af ​​det samlede faste kvælstof, der tilføres Jorden både på land og i havene, ifølge en ny undersøgelse foretaget af forskere ved North Carolina State University og Duke University.

Menneskelig produktion af dette kvælstof er nu fem gange højere end for 60 år siden. Denne stigning kan udgøre en lige så stor fare for Jordens miljø som den hurtige stigning i klimaopvarmende kuldioxid i atmosfæren, siger forskerne.

"Jorden har aldrig set så meget fast nitrogen, " siger William H. Schlesinger, James B. Duke emeritus professor i biogeokemi ved Duke's Nicholas School of the Environment.

"Det er en enorm stigning i det sidste halve århundrede, hvilket ikke er, hvad vi forventede at finde, " siger William Battye, en luftkvalitetsforsker ved NC State, der ledede undersøgelsen

"Mens kulstof har fanget verdens opmærksomhed gennem klimaændringer, vi kan ikke ignorere dette problem, " tilføjer Viney Aneja, professor i marine, jord- og atmosfærisk videnskab ved NC State. "For meget nitrogen kan påvirke menneskers sundhed, reducere biodiversiteten og forstærke den globale opvarmning."

For meget nitrogen i jorden gavner et begrænset antal arter, der kan udkonkurrere hjemmehørende arter, reducere biodiversiteten, Aneja bemærker. Høje niveauer af nitrogen i grundvandet er forbundet med tarmkræft og spontanaborter, og kan være dødelig for spædbørn. Overskydende kvælstofforbindelser i vandveje og søer kan forårsage giftig algeopblomstring, dræber akvatiske arter og truer menneskers sundhed.

En form for nitrogengas, nitrogenoxid, er også en potent drivhusgas og kan bidrage til den globale opvarmning. Høje niveauer af dinitrogenoxid i atmosfæren nedbryder også det atmosfæriske ozonlag, og nitrogenoxid kan skabe farlig jordnær ozon.

Mennesker har brugt nitrogenforbindelser som gødning i årtusinder, men historisk set kun brugt naturligt faste kilder, som gødning og guano. I begyndelsen af ​​1900-tallet, De tyske kemikere Fritz Haber og Carl Bosch opdagede en proces, der omdanner atmosfærisk nitrogen til ammoniak. giver mennesker mulighed for at producere kvælstofbaseret gødning i industriel skala for første gang.

I 1960, mere end 60 procent af gårde i USA rapporterede at bruge kemisk gødning, og det gennemsnitlige nitrogenforbrug var 17 pund pr. acre.

I 2007 Amerikanske gårde brugte i gennemsnit 82,5 pund nitrogen pr. ifølge U.S. Environmental Protection Agency.

For at gennemføre deres nye undersøgelse, forskerne kombinerede historiske data om gødningsbrug i landbruget med nyere estimater af nitrogenfikseringsrater for at analysere tendenser i menneskelig produktion af fikseret nitrogen siden begyndelsen af ​​det 20. århundrede. De placerede derefter disse tendenser i sammenhæng med nylige estimater af naturlig nitrogenfiksering og denitrifikationshastigheder på land og i vand.

Deres analyse afslørede, at menneskelig produktion af reaktivt nitrogen er steget næsten fem gange i det sidste halve århundrede.

"Denne hurtige stigning har fjernet enhver usikkerhed om betydningen af ​​menneskeskabt nitrogen på det overordnede nitrogenkredsløb, Schlesinger siger..

Schlesinger, Battye og Aneja stiller spørgsmålstegn ved, om Jordens nuværende denitrifikationsproces kan fortsætte med at følge med den menneskelige produktion af fast nitrogen. I øjeblikket, bakterierne, der driver denne denitrifikationsproces, ser ud til at holde trit med det øgede fikserede nitrogen. Men hvis de levesteder, hvor disse bakterier trives, som moser og vådområder, ikke er bevaret, og denitrifikationsprocessen bryder sammen, der kan opstå en større ubalance i nitrogenkredsløbet.

Dette kan føre til skadelig algeopblomstring og døde zoner i vandområder, højere omkostninger til drikkevandsbehandling, og en øget risiko for folkesundheden fra algetoksiner i vandveje.

Selvom denitrifikationsprocessen kan følge med den stigende efterspørgsel, der kan stadig være negative atmosfæriske konsekvenser af det overskydende kvælstof. Denitrifikation producerer dinitrogenoxid, en potent drivhusgas, der er den tredjestørste bidragyder til global opvarmning efter kuldioxid og metan. Dinitrogenoxid har et drivhuspotentiale næsten 300 gange større end kuldioxid pund for pund og kan holde i atmosfæren i mere end 100 år, ifølge EPA. Dinitrogenoxid kan også nedbryde det stratosfæriske ozonlag, siger Aneja.

Nitrogenoxid, et andet biprodukt af denitrifikation, kan reagere med flygtige organiske forbindelser for at producere jordnær ozon, som er skadeligt for mennesker og vegetation.

Menneskeskabte klimaændringer, et resultat af for meget kuldioxid i atmosfæren, kunne også intensivere mængden af ​​kvælstof i amerikanske vandveje. Klimaændringer kan forårsage mere nedbør i nogle områder, hvilket kan resultere i mere landbrugsafstrømning, der kan forurene lokale vandveje, ifølge en nylig undersøgelse i tidsskriftet Videnskab .