تغییرات اقلیمی، زندگی روزمره را به شیوههایی شکل میدهد که اغلب از دید ما پنهان میمانند. افزایش دما، جابهجایی الگوهای بارش و بالا رفتن سطح دیاکسید کربن، سیستمهای غذایی را بسیار فراتر از آسیبهای قابل مشاهده محصولات کشاورزی تحت تأثیر قرار میدهند. یکی از این تغییرات خاموش اما عمیق، تحول در چرخه نیتروژن زمین است که اکنون بهشدت به شرایط اقلیمی جدید واکنش نشان میدهد.
این دگرگونیها در چرخه نیتروژن، پیامدهای مستقیمی برای تولید غذا، ایمنی منابع آبی، سلامت اکوسیستمها و حتی ثبات بلندمدت اقلیم دارند.
نقش کلیدی نیتروژن در حیات و امنیت غذایی
نیتروژن یکی از عناصر بنیادین حیات است که در ساخت پروتئینها، آنزیمها و مواد ژنتیکی نقش حیاتی دارد. گیاهان نیتروژن را از خاک جذب میکنند تا برگها، ریشهها و دانههای خود را بسازند.
میکروارگانیسمهای خاک، نیتروژن را از طریق فرایندهایی مانند آمونیفیکاسیون، نیتریفیکاسیون و تثبیت زیستی نیتروژن به شکلهای قابل استفاده برای گیاهان تبدیل میکنند.
جریان متعادل نیتروژن، اکوسیستمهای پایدار و برداشتهای قابل اتکا را تضمین میکند. اما زمانی که نیتروژن بیش از حد باشد، به هوا و آب نشت میکند و آلودگی و گازهای گلخانهای ایجاد میشود. در مقابل، کمبود نیتروژن رشد گیاهان را کند کرده و عرضه غذا را کاهش میدهد.
«در جهانی که در حال گرم شدن است، نیتروژن به عاملی تعیینکننده برای امنیت غذایی و سلامت محیطزیست تبدیل شده است»، میائو ژنگ، نویسنده اصلی مطالعه از دانشگاه ژجیانگ.
«مطالعه ما نشان میدهد که تغییرات اقلیمی، چرخههای نیتروژن را بهگونهای بازآرایی میکند که یا میتواند توسعه پایدار را تقویت کند یا اکوسیستمها را از آستانههای بحرانی عبور دهد».
نیتروژن خاک و عملکرد سیستمهای غذایی
دانشمندان برای این پژوهش، دادههای ۳۰ سال آزمایشهای میدانی را با مدلهای جهانی اکوسیستم ترکیب کردند. این تحلیل، اراضی کشاورزی، جنگلها و مراتع را در مناطق اقلیمی مختلف در بر میگرفت.
ورودیهای نیتروژن مانند کود شیمیایی، کود دامی، رسوب اتمسفری و تثبیت زیستی بهدقت بررسی شد. همچنین خروجیهای نیتروژن شامل برداشت محصولات، انتشار گازها و اتلاف نیترات اندازهگیری شدند. ذخیره نیتروژن در جنگلها نیز دیدگاهی از تغییرات بلندمدت اکوسیستم ارائه داد.
نتایج نشان داد که پیامدها در مناطق مختلف یکسان نیست. برخی مناطق در شرایط اقلیمی خاص، افزایش بهرهوری را تجربه کردند. در مقابل، مناطقی دیگر با از دست رفتن نیتروژن، آلودگی و کاهش عملکرد محصولات روبهرو شدند.
این واکنشهای نابرابر نیتروژن، شکافهای جهانی در امنیت غذایی و حفاظت محیطزیست را عمیقتر میکند.
دیاکسید کربن و کاهش کیفیت تغذیهای محصولات
سطوح بالاتر دیاکسید کربن، با بهبود فرایند فتوسنتز، رشد گیاهان را افزایش میدهد. محصولات اصلی مانند گندم، برنج، ذرت و سویا اغلب افزایش عملکرد نشان میدهند.
جنگلها و مراتع نیز در شرایط غنی از دیاکسید کربن، زیستتوده بیشتری تولید میکنند. افزایش بهرهوری مصرف آب به گیاهان کمک میکند تا تنش خشکی متوسط را بهتر تحمل کنند.
با این حال، بافتهای گیاهی در این شرایط نیتروژن کمتری دارند. میزان پروتئین دانهها کاهش مییابد و ارزش غذایی افت میکند. برگها و ساقهها نیز دچار رقیقشدگی نیتروژن میشوند.
گیاهان لگومدار در برابر این کاهش مقاومتر هستند. محدودیت بلندمدت نیتروژن میتواند دستاوردهای آینده رشد و توان ذخیرهسازی کربن را تضعیف کند.
«کالری بیشتر لزوماً به معنای تغذیه بهتر نیست»، بائوجینگ گو، نویسنده همکار مطالعه. «ممکن است زیستتوده بیشتری برداشت کنیم اما با نیتروژن کمتر در هر واحد که برای رژیم غذایی انسان و خوراک دام اهمیت دارد».
گرمایش زمین و افزایش اتلاف نیتروژن
افزایش دما به شیوههای پیچیدهای بر چرخه نیتروژن اثر میگذارد. گرمایش متوسط میتواند فصل رشد را در جنگلها و مراتع طولانیتر کرده و رشد گیاهان را افزایش دهد.
در مقابل، اراضی کشاورزی تحت تنش گرمایی آسیبپذیرتر هستند. عملکرد ذرت در مناطق گرم و خشک بهشدت کاهش مییابد. عملکرد گندم در عرضهای جغرافیایی پایین در صورت تداوم گرمایش افت میکند.
دمای بالاتر فعالیت میکروبی خاک را تسریع میکند. تجزیه سریعتر، نیتروژن بیشتری را به هوا و آب آزاد میسازد. انتشار آمونیاک، اکسید نیتروس و اکسیدهای نیتروژن بهطور قابل توجهی افزایش مییابد.
نیترات سریعتر به آبهای زیرزمینی و رودخانهها نشت میکند. آلودگی هوا، گرمایش اقلیم و آلودگی آب تشدید میشود. مناطقی با منابع محدود، بیشترین آسیب را از اتلاف نیتروژن و ناامنی غذایی میبینند.
الگوهای بارش و جابهجایی نیتروژن
تغییرات بارش نقش مهمی در رفتار نیتروژن دارد. افزایش بارندگی در مناطق خشک با کاهش تنش آبی، رشد گیاهان را تقویت میکند.
مراتع مناطق خشک واکنش شدیدی با افزایش بهرهوری نشان میدهند، در حالی که مناطق مرطوب پاسخ ضعیفتری دارند.
کاهش بارندگی، فعالیت میکروبی و تثبیت زیستی نیتروژن را محدود میکند. در این شرایط، نیتروژن در خاک محبوس میماند و رشد گیاهان کند میشود.
بارشهای شدید، نیترات را از خاک خارج کرده و به رودخانهها و دریاچهها میفرستد. خاکهای غرقاب نیز مقادیر بیشتری گازهای نیتروژنی آزاد میکنند.
با افزایش رخدادهای بارندگی حدی، خطر شکوفایی جلبکی و تخریب گسترده اکوسیستمها بیشتر میشود.
مدیریت نیتروژن در خاک در عصر تغییرات اقلیمی
تغییرات اقلیمی، تفاوتهای منطقهای در تعادل نیتروژن را تشدید میکند. مناطق دچار ناامنی غذایی، همزمان با افت عملکرد و فشار آلودگی روبهرو هستند. مدیریت هوشمند نیتروژن میتواند ضمن حمایت از تولید غذا، آسیبهای زیستمحیطی را کاهش دهد.
- استفاده کارآمد از کودها، بهرهوری مصرف نیتروژن را افزایش میدهد.
- ورودیهای آلی خاک، سلامت بلندمدت خاک را تقویت میکنند.
- درختان تثبیتکننده نیتروژن، تغذیه پایدار جنگلها را حفظ میکنند.
- ذخیره آب باران از کشاورزان خرد در مناطق خشک حمایت میکند.
«باید از نگاه به نیتروژن بهعنوان یک نهاده صرف کشاورزی عبور کنیم و آن را بهعنوان یک دارایی مشترک جهانی مدیریت کنیم»، ژنگ. «اگر نیتروژن را در شرایط تغییرات اقلیمی بهدرستی مدیریت کنیم، میتوانیم همزمان گرسنگی صفر، آب پاک و کاهش انتشار گازهای گلخانهای را محقق کنیم».
پژوهشگران خواستار گنجاندن نیتروژن در چارچوبهای سیاست اقلیمی مانند تعهدات ملی اقلیم و توافق پاریس هستند. اقدام هماهنگ میتواند از اکوسیستمها محافظت کند، کیفیت غذا را بهبود دهد و آلودگی را در شرایط تشدید تغییرات اقلیمی کاهش دهد.
این مطالعه در مجله علمی Nitrogen Cycling منتشر شده است.
اگر به آینده کشاورزی و امنیت غذایی علاقهمند هستید، نظر خود را بنویسید یا این مقاله را با دیگران به اشتراک بگذارید.
