Азотное загрязнение биосферы способствует росту лесов

Notice: Undefined variable: 4699.0043461139 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

Фото из статьи Peter Högberg Environmental science: (Nitrogen impacts on forest carbon // Nature. 2007. V. 447. P. 781-782), сопровождающей публикацию обсуждаемой работы. Фото с сайта botanica/photolibrary.com

На этот вопрос получен утвердительный ответ. Исследователи, специально изучившие баланс углерода на нескольких лесных участках в Западной Европе, показали, что чем больше азота попадает в лес с осадками, тем выше чистая первичная продукция данной экосистемы и тем больше она может связать углекислого газа.

Таёжные и смешанные леса занимают в северном полушарии огромную площадь — около 2•107 км2. Они являются важным местом связывания («стоком», как говорят специалисты) углекислого газа, фиксируя за год около 600–700 миллионов тонн углерода. Значительная часть этих лесов находится сейчас под влиянием хозяйственной деятельности человека, включающей не только вырубку древесины и лесопосадки, но и неожиданным образом — удобрение азотом за счет загрязнения продуктами сжигания ископаемого топлива.

Хотя азота в воздухе более чем достаточно, он находится там в молекулярной форме, недоступной для использования растениями. Первоначально такой азот должен быть усвоен особыми азотфиксирующими бактериями (например, теми, что живут в клубеньках на корнях бобовых), которые способны разорвать прочную тройную связь в молекуле N2.

Схема расположения бореальных лесов в Евразии и Северной Америке С сайта eobglossary.gsfc.nasa

К процессу естественной азотфиксации в ХХ веке прибавилась искусственная, когда после открытия в 1910 г. Ф. Габером способа получения аммиачной селитры из азота воздуха началось промышленное производство минеральных удобрений. К концу того же столетия количество азота, связываемого ежегодно промышленным способом, уже превышало то, что фиксируется бактериями. Часть азотных удобрений, вносимых на сельскохозяйственные земли, всегда попадала на участки, занятые природной растительностью.

Однако ещё более крупномасштабное непреднамеренное удобрение природных экосистем азотом стало результатом выбрасывания в атмосферу большого количества оксидов этого элемента, образующихся прежде всего как результат сжигания ископаемого топлива (угля, бензина). Ведь такое сжигание происходит не в среде чистого кислорода, а в воздухе, состоящем на 80% из азота.

При высокой температуре часть молекул N2 распадается на атомы, которые взаимодействуют с кислородом и водой, образуя азотную кислоту — важный компонент так называемых «кислотных дождей». Кроме того, оксиды азота образуются и за счет азота, нередко присутствующего в качестве примесей в ископаемом топливе.

Бореальные леса, Канада, провинция Альберта. Фотография с сайта www.paradisebirding.com

Так или иначе, но во всех районах, подверженных выбросам промышленных предприятий и транспорта, происходит выпадение с осадками азота в форме нитрата NO3— — иными словами, в форме, доступной для усвоения растениями. А поскольку «насыщения азотом» пока не достигнуто, т. е. азота в большинстве случаев растениям не хватает, то неудивительно, что растения отвечают на такое «удобрение» более интенсивным ростом, большей величиной первичной продукции и дополнительным связыванием углекислого газа.

Для того, чтобы разобраться в том, насколько велики масштабы этого процесса, специальное исследование предприняли недавно Федерико Маньяни (Federico Magnani) с кафедры плодовых деревьев и леса Болонского университета (Болонья, Италия) и его коллеги из других научных учреждений Италии, а также Франции, Швеции, Финляндии, Великобритании, Канады и США (всего 21 автор!).

Основной материал был получен в пяти разных лесах Западной Европы (Швеция, Финляндия, Англия, Франция и Италия) в рамках международного проекта CARBOEUROPE. Во всех случаях лесообразующие породы были хвойные, за исключением Италии, где исследовался дубовый лес (доминирующая порода — Quercus cerris). Кроме того привлечены данные и по другим лесонасаждениям (всего 20 точек).

Дубовый лес в Италии. Основная лесообразующая порода — турецкий дуб Quercus cerris. В отличие от других обследованных лесов этот испытывает сильную нехватку влаги. Снимок с сайта www.strettoweb.it

Анализ полученных данных показал, что бóльшая часть дисперсии (вариабельности) чистой первичной продукции (т. е. разницы продукции всей растительности и суммарного дыхания всех организмов, прежде всего грибов и бактерий, осуществляющих разложение растительного опада) в рассмотренной совокупности лесных экосистем объясняется возрастом деревьев на том или ином конкретном участке. В молодых лесах продукция всегда превышает дыхание, но в зрелых она уравновешивается дыханием, так что чистая продукция равна нулю. После того как лес сводится человеком или гибнет вследствие каких-либо естественных причин, чистая первичная продукция становится отрицательной (выделяется СО2 в результате дыхания почвенных организмов больше, чем поглощается немногочисленными оставшимися растениями).

Для того чтобы избавиться от влияния возраста, которое невольно маскирует возможное воздействие других факторов, исследователи для каждого места брали средние данные по чистой первичной продукции за весь цикл развития леса — от молодого до старого. Сопоставление этих величин с опубликованными ранее данными по выпадению азота с атмосферными осадками выявило между ними сильную положительную корреляцию. Чем больше на лес попадает азота (а в обследованных местах доходило до 15 кг азота на гектар в год), тем выше была величина чистой первичной продукции.

Очевидно, что все обследованные леса испытывают в той или иной мере нехватку азота. Судя по литературным данным «насыщение» лесов азотом должно происходить при более серьезных «нагрузках», попадании 50–60 кг азота на гектар. Но при этом наблюдается уже сильное закисление почв, неблагоприятное для растительности.

Из приведенного материала, конечно, не следует делать вывод, что загрязнение атмосферы и кислотные дожди (содержащие ион нитрата) есть некое благо. Но старая народная мудрость относительно того, что «нет худа без добра», подтверждается.

   
автор: Алексей Гиляров