Twoja wyszukiwarka

EWA KOŁODZIEJAK-NIECKUŁA
OSTROŻNIEJ Z AZOTEM!
Wiedza i Życie nr 8/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 8/1997

CZY "NAWOŻENIE" PRZYRODY ZWIĄZKAMI AZOTU SPOWODUJE, ŻE BUJNIEJSZA ROŚLINNOŚĆ BĘDZIE POCHŁANIAĆ WIĘCEJ DWUTLENKU WĘGLA I DZIĘKI TEMU ŁAGODZIĆ OCIEPLENIE KLIMATU?

Spośród 70 tys. różnych substancji chemicznych wprowadzanych przez człowieka do środowiska najwięcej uwagi w ostatnich latach poświęcono dwutlenkowi węgla, jednemu z głównych sprawców efektu szklarniowego. Toteż globalne zmiany mające nastąpić w przyszłości kojarzą się najczęściej z ociepleniem klimatu i jego konsekwencjami. Te jednak nadal są dużą zagadką, mimo że naukowcy mieli czas na przynajmniej częściowe przygotowanie się do tego problemu. Przed efektem szklarniowym ostrzegał już 100 lat temu szwedzki uczony Svante Arrhenius.

Długofalowe skutki działania większości zanieczyszczeń są trudne do przewidzenia, gdyż wiedza na ten temat jest jeszcze bardzo uboga. Spekulacje dotyczące nie istniejących jeszcze problemów środowiskowych mogłoby się wydawać bezowocne. Jednak, gdy problemy te się pojawiają, często przybierają rozmiary ekologicznej katastrofy. A wtedy zamiast przeciwdziałać, można już tylko leczyć, często z miernym skutkiem. Reakcja przyrody na stresy może się ujawnić z dużym opóźnieniem. Ponadto bywa nie tylko nagła, ale także zwielokrotniona i trudna do odgadnięcia, jeśli współdziała kilka procesów. Nic więc dziwnego, że próby przewidywania odpowiedzi ekosystemów na gromadzące się zanieczyszczenia często wzajemnie się wykluczają. Przykładem mogą być hipotezy dotyczące reakcji świata roślin na środowisko bogatsze w CO2 oraz azot.

Nadmiar azotu w środowisku, w większości, służy potrzebom człowieka. Intensywna produkcja żywności wymagająca stosowania dużych ilości nawozów jest jedną z głównych przyczyn poważnych zmian w światowym ekosystemie

Fot. Agnieszka i Włodek Bilińscy

Najprawdopodobniej w ostatnich latach roślinność lądowa pochłania prawie połowę z 6 mld ton węgla uwalnianego co roku do atmosfery w wyniku działań człowieka (Lądy, morza i powietrze pod lupą klimatologów, "WiŻ" nr 8/1996). Mimo że emisja dwutlenku węgla w latach dziewięćdziesiątych była większa niż w poprzedniej dekadzie, stężenie tego gazu w powietrzu jest obecnie mniejsze. Ekolodzy tłumaczą ten fakt przyrostem biomasy lądowych ekosystemów. Panuje przekonanie, że w środowisku wzbogaconym w związki azotu lasy strefy umiarkowanej rosną szybciej, gdyż większe ilości tego pierwiastka stymulują wzrost roślin. "Nawożone" drzewa pobierają więcej dwutlenku węgla do fotosyntezy i w ten sposób spowalniają gromadzenie się w atmosferze podstawowego gazu szklarniowego.

Najprawdopodobniej w skali całego świata nadmiar azotu w środowisku powoduje, że tkanki roślin magazynują o 0.1-1.3 mld ton węgla więcej. Nawet najwyższy światowy autorytet w sprawach efektu szklarniowego - Międzyrządowy Zespół do Spraw Zmian Klimatu - uznał antropogeniczny azot za główną przyczynę niezgodności w bilansie dwutlenku węgla.

Jeszcze do niedawna nikt nie zajmował się tym, czy i w jaki sposób zanieczyszczenie azotem wpływa na obieg węgla w przyrodzie. Tymczasem zakłócenie biogeochemicznych procesów to jeden z elementów globalnych zmian, których skutki, podobnie jak efektu szklarniowego, mogą się okazać poważne i długofalowe. Grupa amerykańskich ekologów pod kierunkiem prof. Petera Vitouska ze Stanford University w Kalifornii podsumowała stan wiedzy na temat procesów zachodzących w środowisku pod wpływem nadmiaru azotu. Raport z wynikami ukaże się w sierpniu br. w czasopiśmie "Ecological Applications".

Azot jest jednym z najważniejszych składników pokarmowych roślin. W naturalnych warunkach jego ilość, podobnie jak większości cennych dóbr, jest ograniczona. Mimo że jako gaz stanowi on trzy czwarte atmosfery, w tej formie jest niedostępny dla roślin. Przemiana do postaci użytecznej biologicznie zachodzi w wyniku działania wyspecjalizowanych mikroorganizmów (od 90 aż do 140 mln t N) i podczas wyładowań atmosferycznych (około 10 mln t N). Co daje w sumie 150 mln ton azotu wiązanych każdego roku w naturalnych procesach. Pierwiastek ten stale krąży pomiędzy atmosferą, glebą i roślinami. Wiele gatunków roślin zasiedlających lądowe, słodkowodne i morskie ekosystemy przystosowało się do oszczędnego gospodarowania azotem. Podobnie, zależne od nich populacje roślinożerców i drapieżców. Tymczasem obecny poziom azotu w środowisku zmienił się znacznie.

WIĄZANIE AZOTU (N) NA LĄDACH W MLN TON

Główną siłą rządzącą jego obiegiem w przyrodzie są nie bakterie, ale człowiek. Za jego sprawą ilość azotu w ekosystemach podwoiła się i stał się on łatwiej dostępny dla roślin na olbrzymich obszarach.

Największą winę za ten stan rzeczy ponosi rolnictwo. By wyżywić stale zwiększającą się liczbę ludności, powszechnie stosuje się nawozy sztuczne. Według danych FAO przemysł na potrzeby rolnictwa "wiąże" około 80 mln ton azotu. Produkcja ta rozkwitła w ostatnich dziesięcioleciach, jeszcze w latach czterdziestych była bliska zeru. Do końca lat siedemdziesiątych większość nawozów zużywały kraje rozwinięte. Natomiast ostatnio najwięcej nawozów azotowych pochłaniają uprawy w krajach rozwijających się. Najprawdopodobniej ilość azotu, którą zużyto w latach 1980-1990, jest co najmniej równa ilości, jaką zastosowano w całej historii rolnictwa.

Nadprogramowy dopływ tego pierwiastka pochodzi także z olbrzymich obszarów zajmowanych przez uprawy roślin z rodziny motylkowych (takich jak fasola, groch, koniczyna) zawierających symbiotyczne bakterie brodawkowe wiążące azot atmosferyczny, a także zwiększającej się powierzchni pól ryżowych, na których podobną do bakterii brodawkowych funkcję pełnią sinice. W sumie ilość azotu wiązanego przez uprawy oszacowano na 40 mln ton rocznie.

Spalanie paliw kopalnych jest trzecim pod względem wielkości źródłem zanieczyszczeń (około 20 mln ton). Łącznie, w efekcie tych działań do środowiska trafia około 140 mln ton azotu rocznie. Natomiast wypalanie lasów, jak również terenów trawiastych, osuszanie mokradeł i ogołacanie ziemi z naturalnej roślinności pod uprawy uwalnia dodatkowo blisko 70 mln ton tego pierwiastka zmagazynowanego w żywych oraz martwych tkankach roślin.

Azot, który w postaci tlenków i amoniaku dostaje się do atmosfery, opada później w postaci pyłów lub kwaśnych deszczów, mgły lub śniegu. Przenoszone z wiatrem docierają one w każdy zakątek kuli ziemskiej. Nawet w rejonach nie zanieczyszczonych bezpośrednio - na półkuli południowej - rocznie spada na ha powierzchni 0.1-0.7 kg azotu. Stanowi to mniej niż 1% ilości, jakie otrzymują najbardziej zanieczyszczone tereny w Europie.

Lista szkód wywołanych przez "użyźnienie" azotem nie napawa optymizmem. A znajdują się na niej m.in. zakwity toksycznych glonów w przybrzeżnych wodach, powstawanie miejskiego smogu, wymywanie składników pokarmowych (potasu i wapnia) z gleb i zmniejszanie ich żyzności, zakwaszanie gleb, rzek i jezior. Tereny północnej Europy zostały poważnie zmienione, gdyż dostawy azotu w niektórych lasach dziesięciokrotnie przekraczają naturalny poziom tego pierwiastka. Przybywa dowodów na to, że nadmiar azotu zmniejsza bioróżnorodność. W Europie giną wrzosowiska, dostosowane do gleb ubogich w azot. W nowych warunkach wypierają je eurazjatyckie trawy.

INTENSYWNOŚĆ KILKU GLOBALNYCH PROCESÓW
W PORÓWNANIU Z ICH POZIOMEM
W KOŃCU LAT OSIEMDZIESIĄTYCH (100%)

Niebezpieczeństwo podobnych zmian w Ameryce Północnej zapowiada artykuł opublikowany kilka miesięcy temu w czasopismie "Science". Trawy preriowe traciły zdolność do konkurowania z gatunkami, które "imigrowały" z Europy wieki temu, w wyniku eksperymentalnego nawożenia azotem. Sztucznie przyspieszono w ten sposób proces będący na lądzie odpowiednikiem eutrofizacji jezior i rzek. Podobnie jak zakwity glonów w silnie użyźnionej wodzie powodują zanik podwodnej roślinności, chwasty wypierają rodzime gatunki przy obfitym dostępie azotu. Trawy preriowe, niezwykle oszczędne w gospodarowaniu tym pierwiastkiem, mogą rosnąć tam, gdzie występuje on w niewielkich ilościach. Obce, szybciej rosnące i "rozrzutne z natury" gatunki mogą zyskać nad nimi przewagę w nowych warunkach.

Po 12 latach prowadzenia doświadczeń preriowe pólka porastało mniej gatunków i co ważne, zmniejszyła się zdolność całego ekosystemu do magazynowania węgla. Powolna dekompozycja resztek roślin preriowych powoduje, że większość składników pokarmowych zostaje zmagazynowana w glebie. Tymczasem gdy nowe gatunki obumierają, ich bogate w azot tkanki stymulują rozwój mikroorganizmów glebowych rozkładających martwą materię oraz uwalniających z niej CO2. Dlatego pomimo bujnego wzrostu intruzi dostarczają glebie mniejsze ilości organicznej materii i tym samym mniejsze ilości węgla. Autorzy doświadczenia sądzą, że w coraz bardziej zurbanizowanym świecie zmiany składu gatunkowego roślinności mogą zachodzić na olbrzymich obszarach, także w lasach, które są najważniejszymi "pochłaniaczami" węgla. A to by oznaczało, że nadmiar azotu, chociaż początkowo stymuluje rozwój roślinności, w ostatecznym rozrachunku nie zmniejszy zagrożenia ocieplania się klimatu.

Bez względu na to, która z hipotez okaże się trafna, najwyższa pora zacząć chronić środowisko. Niestety, w skali świata nie będzie to łatwe. Ludność, której liczba do końca następnego stulecia co najmniej się podwoi, wymaga intensywnego rolnictwa, takie zaś rolnictwo wymaga dużych ilości azotu. Nawozy azotowe są tanie i przynajmniej na razie nie można ich zastąpić innymi środkami. Zastosowanie nawożenia jest więc najskuteczniejszą i najtańszą metodą zwiększenia plonów. Do 2020 roku światowa produkcja nawozów azotowych może wzrosnąć o 2/3. Jedyną szansą na redukcję zużycia tych środków chemicznych jest zwiększenie efektywności ich działania, gdyż połowa lub nawet więcej stosowanego azotu "ulatnia się" z pól w postaci gazów. Naukowcy opracowują nowe metody nawożenia. Będzie można nie tylko znacznie ograniczyć zużycie środków chemicznych, ale także straty będą dziesięciokrotnie mniejsze.

Oby jak najszybciej stosowanie wiedzy okazało się znacznie tańsze od stosowania nawozów.