科学探索|研究称全球氮供应量下降对许多自然生态系统产生影响研究称全球氮供应量下降对许

自20世纪中期以来，科学家们的研究和讨论都集中在过量的氮对陆地和水生生态系统的负面影响上。然而，新的证据表明，世界现在正经历着氮供应的双重轨迹。在多年关注环境中过剩的氮之后，人们不断发展的理解导致了对世界上没有从人类活动中获得大量氮输入的地区的氮不足的新关注。在《科学》杂志的一篇新的评论文章《陆地生态系统中氮供应下降的证据、原因和后果》中，一个多机构的研究小组描述了氮供应下降的原因以及它如何影响生态系统功能。
论文的主要作者、美国国家社会环境综合中心的前博士后学者Rachel Mason说：“地球上同时存在过多的氮和过少的氮。”

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在过去的一个世纪里，人类通过工业和农业活动使全球反应性氮的供应量增加了一倍以上。这些氮集中在溪流、内陆湖泊和沿海水体中，有时会导致富营养化、低氧死角和有害藻类大量繁殖。这些过量氮的负面影响导致科学家将氮气作为一种污染物来研究。然而，不断上升的二氧化碳和其他全球变化增加了植物和微生物对氮的需求，研究小组新发表的论文表明，世界上许多地区的氮供应正在下降，对植物生长产生了重要影响。
“这些结果显示了世界是如何以复杂和令人惊讶的方式变化的，”该论文的共同作者、纽约市立大学研究生中心环境科学倡议的高级科学研究中心的教授Peter Groffman,说。“我们的发现表明，拥有长期的数据以及集中的综合努力对于理解这些变化以及它们对生态系统和人类健康和福祉的影响非常重要。”
研究人员回顾了长期的全球和区域研究，发现了由多种环境变化引起的氮供应下降的证据，其中之一是大气中二氧化碳水平的升高。大气中的二氧化碳已经达到了数百万年来的最高水平，与150年前相比，陆地上的植物接触到的这种基本资源多了大约50% 。大气中二氧化碳的升高使植物受精，允许更快生长，但在此过程中稀释了植物的氮。在人工提高植物周围空气中的二氧化碳的实验中已经观察到了这些过程，现在有证据表明自然环境中的植物也在以同样的方式做出反应。

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氮是植物和食用它们的动物的一个基本元素。花园、森林和渔业在施用氮肥时都更有生产力。如果植物的氮变得更少，树木生长得更慢，它们的叶子对昆虫的营养更少，可能会减少生长和繁殖，不仅是昆虫，还有以它们为食的鸟类和蝙蝠。
“当氮气较少时，每一种生物都会对这种元素持有更长的时间，减缓了氮气通过食物链从一种生物流向另一种生物。这就是我们可以说氮循环正在停止的原因，”论文的高级作者、马里兰大学环境科学中心和国家社会环境综合中心的景观生态学教授Andrew Elmore说。
除了增加大气中的二氧化碳，全球气温上升也影响到与氮供应和需求有关的植物和微生物过程。气候变暖通常会改善生长条件，这可能导致生长季节延长，导致植物的氮需求超过土壤中的供应。野火等也可以从系统中移除氮，并随着时间的推移减少可用性。
氮是植物生长的一个重要元素，其可用性的下降有可能制约植物从大气中清除二氧化碳的能力。目前，全球植物生物量储存的碳几乎与大气中的碳一样多，而且生物量碳储存每年都在增加。只要植物储存的碳能减少大气中的二氧化碳，它就有助于减少大气的全球变暖潜力。然而，氮供应量的下降通过对植物生长的限制而危及植物碳储存的年度增长。因此，试图估计生物质中储存的碳的气候变化模型，包括随时间变化的趋势，需要考虑到氮的可用性。