نتایج یک مطالعه جهانی جدید نشان می‌دهد که جنگل‌ها، چمنزارها و دیگر مناطق طبیعی بسیار کمتر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، نیتروژن جدید دریافت می‌کنند. این کمبود نیتروژن می‌تواند توانایی طبیعت برای مقابله با تغییرات اقلیمی را تضعیف کند.
از سوی دیگر، مزارع در حال اشباع از نیتروژن هستند
در حالی که منابع طبیعی دچار کمبود نیتروژن شده‌اند، کشاورزان در سراسر جهان برای تقویت رشد گیاهان، ورودی‌های زیستی نیتروژن را افزایش داده‌اند. با این حال، سرریز این مواد مغذی می‌تواند به منابع آب، هوا و تنوع زیستی آسیب بزند.
چگونگی انجام این مطالعه علمی
پژوهش چندملیتی با رهبری دانشگاه ایالتی اورگن
این تحلیل توسط کارلا ریس الی (Carla Reis Ely) در زمان دوره پسادکتری‌اش در دانشکده جنگلداری دانشگاه ایالتی اورگن رهبری شد و شامل ۲۴ دانشمند از سراسر جهان بود.
بازبینی فرآیند تثبیت زیستی نیتروژن
تیم تحقیقاتی با بازبینی مجدد اندازه‌گیری‌های میدانی مربوط به تثبیت زیستی نیتروژن – فرآیندی میکروبی که نیتروژن گازی موجود در هوا را به اشکالی قابل استفاده برای گیاهان تبدیل می‌کند – یک نقص بزرگ در مطالعات پیشین را کشف کردند.
مشکل سوگیری در مطالعات گذشته
مطالعات پیشین بیشتر روی مناطقی تمرکز داشتند که ارگانیسم‌های تثبیت‌کننده نیتروژن بسیار رایج بودند. این نقاط داغ، در داده‌ها ۱۷ برابر بیش از توزیع واقعی‌شان در اکوسیستم‌های طبیعی جهان نمایان شده‌اند. اصلاح این سوگیری باعث کاهش قابل توجه برآورد نیتروژن طبیعی شد.
نیتروژن، سوخت رشد گیاهان
نیتروژن فراوان، اما غیرقابل استفاده
اگرچه نیتروژن بیش از ۷۵٪ جو زمین را تشکیل می‌دهد، بیشتر ارگانیسم‌ها نمی‌توانند از شکل گازی آن (N₂) استفاده کنند.
نقش باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن
باکتری‌های خاصی این نیتروژن گازی را به آمونیاک و ترکیبات قابل جذب توسط گیاهان تبدیل می‌کنند.
اهمیت نیتروژن در فتوسنتز و جذب کربن
گیاهان برای ساخت پروتئین و کلروفیل – رنگدانه سبز لازم برای فتوسنتز – به نیتروژن نیاز دارند. این امر به رشد، سلامت و تولیدمثل گیاهان کمک می‌کند و توانایی آن‌ها برای تبدیل دی‌اکسید کربن به زیست‌توده را افزایش می‌دهد.
به گفته ریس الی: «در اکوسیستم‌های طبیعی، تثبیت نیتروژن موجب تقویت باروری خاک و افزایش رشد گیاهان می‌شود و در نتیجه ذخیره کربن نیز افزایش می‌یابد. اما برآورد جدید ما نشان می‌دهد مقدار نیتروژن تازه‌ای که وارد این اکوسیستم‌ها می‌شود کمتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد.»
نیتروژن کمتر، جذب کربن کمتر
محدودیت مواد مغذی در اکوسیستم‌های وحشی
اگر خاک در مناظر طبیعی نیتروژن تازه کافی دریافت نکند، رشد گیاهان کندتر خواهد بود و در بلندمدت، میزان جذب CO₂ نیز کاهش می‌یابد.
پیامدها برای بودجه جهانی کربن
طبق گفته ریس الی، یکی از نتایج مهم این یافته‌ها این است که ممکن است اکوسیستم‌های طبیعی بسیار کمتر از آنچه تصور می‌شد، توانایی جذب دی‌اکسید کربن داشته باشند. این موضوع ظرفیت زمین‌های دست‌نخورده برای مقابله با تغییرات اقلیمی را زیر سؤال می‌برد.
شکاف میان طبیعت و کشاورزی در ورودی‌های نیتروژن
گسترش کشت حبوبات در کشاورزی
در حالی که نیتروژن در طبیعت در حال کاهش است، کشاورزی در مسیر عکس حرکت می‌کند. کشاورزان گیاهان تثبیت‌کننده نیتروژن مانند سویا، شبدر، بادام‌زمینی و یونجه می‌کارند که در ریشه‌های خود باکتری‌های نیتروژن‌ساز دارند.
مزایای کشت تناوبی برای خاک
این کود زنده نیاز به استفاده از کودهای شیمیایی را کاهش می‌دهد، عملکرد محصولات را افزایش می‌دهد و به بازسازی خاک‌های فرسوده کمک می‌کند.
به گفته ریس الی: «استفاده از گیاهان تثبیت‌کننده نیتروژن در تناوب کشت می‌تواند سلامت خاک را در بلندمدت حفظ کرده و آسیب‌های زیست‌محیطی کودهای شیمیایی را کاهش دهد.»
نیتروژن بیش از حد در کشاورزی؛ شمشیری دو لبه
پیامدهای زیست‌محیطی نیتروژن اضافی
اگرچه نیتروژن برای رشد گیاهان ضروری است، اما مقدار بیش از حد آن می‌تواند تعادل تغذیه‌ای خاک را بر هم زند. نیتروژن اضافی ممکن است به منابع آب زیرزمینی نفوذ کند یا وارد رودخانه‌ها و دریاچه‌ها شود و باعث شکوفایی جلبکی و آسیب به حیات آبزی شود.
نیتروژن و انتشار گازهای گلخانه‌ای
نیتروژن مازاد می‌تواند به گاز نیتروز اکسید تبدیل شود که یکی از گازهای گلخانه‌ای بسیار قوی است. همچنین، این شرایط ممکن است منجر به رشد سریع گونه‌های مهاجم شود و گونه‌های بومی را تهدید کند.
ریس الی می‌گوید: «تثبیت نیتروژن کشاورزی مسئله‌ای پیچیده است. گرچه فوایدی دارد، اما همراه با استفاده از کودهای شیمیایی می‌تواند به آلودگی نیتروژن و تغییرات اقلیمی دامن بزند.»
ریاضیات کربن نیاز به بازنگری دارد
بازنگری در فرضیات جذب کربن
نتایج این مطالعه صرفاً جنبه تئوریک ندارند. دولت‌ها و شرکت‌ها برای رسیدن به اهداف اقلیمی به جذب کربن از طریق جنگل‌کاری، احیای زیست‌بوم‌ها و کربن‌سازی خاک متکی هستند.
محدودیت رشد در شرایط افزایش CO₂
اگر نیتروژن به اندازه کافی در خاک وجود نداشته باشد، رشد گیاهان محدود شده و در نتیجه جذب CO₂ نیز کاهش می‌یابد. این موضوع ممکن است باعث شود پیش‌بینی‌های قبلی درباره میزان ذخیره کربن نیاز به اصلاح داشته باشند.
راه‌حل: حفظ نیتروژن در مزرعه
کشاورزی هوشمند برای حفظ چرخه نیتروژن
ترک استفاده از گیاهان تثبیت‌کننده نیتروژن راه‌حل نیست. بلکه باید از آن‌ها به شکل هوشمندانه‌تری استفاده کرد. بهبود زمان‌بندی کاشت، مدیریت بقایای گیاهی و تناوب کشت می‌تواند از نشت نیتروژن به رودخانه‌ها جلوگیری کند.
کاهش ضایعات غذایی
یکی از بزرگ‌ترین منابع پنهان اتلاف نیتروژن، ضایعات غذایی است. کاهش این ضایعات می‌تواند بدون آسیب به امنیت غذایی، فشار بر محیط زیست را کاهش دهد.
پایش مستمر تثبیت نیتروژن
پایش مداوم تثبیت زیستی نیتروژن در اکوسیستم‌های طبیعی و انسانی، برای حفظ تعادل چرخه نیتروژن ضروری است.
جمع‌بندی: شکاف نیتروژنی را باید پر کرد
خاک‌های طبیعی، فقیرتر از چیزی هستند که تصور می‌کردیم و مزارع، غنی‌تر از آنچه می‌توانیم نادیده بگیریم. پر کردن این شکاف – یعنی تأمین غذای انسان در کنار حفاظت از منابع آب، هوا و اقلیم – نیازمند توجه بیشتر به جریان نامرئی نیتروژن است که پایه و اساس زندگی روی زمین را تشکیل می‌دهد.
این مطالعه در مجله معتبر Nature منتشر شده است.
