Forscher stellen eine sinkende Stickstoffverfügbarkeit in einer stickstoffreichen Welt fest

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts konzentrieren sich Forschung und Diskussion auf die negativen Auswirkungen von überschüssigem Stickstoff auf terrestrische und aquatische Ökosysteme. Neue Beweise deuten jedoch darauf hin, dass die Stickstoffverfügbarkeit in der Welt jetzt zweigleisig verläuft, wobei in vielen Gebieten ein eishockeyschlägerförmiger Rückgang der Stickstoffverfügbarkeit zu verzeichnen ist. In einem neuen Übersichtsartikel in der Zeitschrift Wissenschafthaben Forscher die Ursachen für diese Rückgänge und die Folgen für die Funktionsweise von Ökosystemen beschrieben.

„Es gibt gleichzeitig zu viel Stickstoff und zu wenig Stickstoff auf der Erde“, sagte Rachel Mason, Hauptautorin des Papiers und ehemalige Postdoktorandin am National Socio-Environmental Synthesis Center.

Im Laufe des letzten Jahrhunderts hat der Mensch die weltweite Gesamtversorgung mit reaktivem Stickstoff durch industrielle und landwirtschaftliche Aktivitäten mehr als verdoppelt. Dieser Stickstoff wird in Bächen, Binnenseen und Küstengewässern konzentriert, was manchmal zu Eutrophierung, sauerstoffarmen Totzonen und schädlichen Algenblüten führt. Diese negativen Auswirkungen von überschüssigem Stickstoff haben Wissenschaftler veranlasst, Stickstoff als Schadstoff zu untersuchen. Steigendes Kohlendioxid und andere globale Veränderungen haben jedoch den Stickstoffbedarf von Pflanzen und Mikroben erhöht. In vielen Gebieten der Welt, die keinen übermäßigen Stickstoffeinträgen durch den Menschen ausgesetzt sind, zeigen Langzeitaufzeichnungen, dass die Stickstoffverfügbarkeit abnimmt, mit erheblichen Folgen für das Pflanzen- und Tierwachstum.

Stickstoff ist ein essentielles Element in Proteinen und als solches ist seine Verfügbarkeit entscheidend für das Wachstum von Pflanzen und den Tieren, die sie fressen. Gärten, Wälder und Fischereien sind fast alle produktiver, wenn sie mit moderaten Mengen Stickstoff gedüngt werden. Wenn Pflanzenstickstoff weniger verfügbar ist, wachsen Pflanzen langsamer und ihre Blätter sind weniger nahrhaft für Insekten, was möglicherweise das Wachstum und die Fortpflanzung nicht nur von Insekten, sondern auch von Vögeln und Fledermäusen, die sich von ihnen ernähren, verringert.

„Wenn Stickstoff weniger verfügbar ist, hält jedes Lebewesen länger an dem Element fest, wodurch der Stickstofffluss von einem Organismus zum anderen durch die Nahrungskette verlangsamt wird. Deshalb können wir sagen, dass sich der Stickstoffkreislauf verlangsamt“, sagte Andrew Elmore, leitender Autor des Papiers und Professor für Landschaftsökologie am Zentrum für Umweltwissenschaften der Universität von Maryland und am National Socio-Environmental Synthesis Center.

Die Forscher überprüften langfristige, globale und regionale Studien und fanden Hinweise auf eine abnehmende Verfügbarkeit von Stickstoff. Grasland in Zentral-Nordamerika beispielsweise leidet seit hundert Jahren unter einer abnehmenden Stickstoffverfügbarkeit, und Rinder, die auf diesen Gebieten weiden, haben im Laufe der Zeit weniger Protein in ihrer Ernährung aufgenommen. In der Zwischenzeit leiden viele Wälder in Nordamerika und Europa seit mehreren Jahrzehnten oder länger unter Ernährungsrückgängen.

Diese Rückgänge werden wahrscheinlich durch mehrere Umweltveränderungen verursacht, von denen einer ein erhöhter Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre ist. Das atmosphärische Kohlendioxid hat den höchsten Stand seit Millionen von Jahren erreicht, und Landpflanzen sind etwa 50 % mehr dieser essentiellen Ressource ausgesetzt als noch vor 150 Jahren. Erhöhtes atmosphärisches Kohlendioxid düngt Pflanzen, was ein schnelleres Wachstum ermöglicht, aber dabei den Pflanzenstickstoff verdünnt, was zu einer Kaskade von Effekten führt, die die Verfügbarkeit von Stickstoff verringern. Zusätzlich zum Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids können auch Erwärmung und Störungen, einschließlich Waldbrände, die Verfügbarkeit im Laufe der Zeit verringern.

Die sinkende Verfügbarkeit von Stickstoff schränkt wahrscheinlich auch die Fähigkeit von Pflanzen ein, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Derzeit speichert die globale pflanzliche Biomasse fast so viel Kohlenstoff, wie in der Atmosphäre enthalten ist, und die Kohlenstoffspeicherung der Biomasse nimmt jedes Jahr zu, wenn der Kohlendioxidgehalt steigt. Die abnehmende Stickstoffverfügbarkeit gefährdet jedoch die jährliche Zunahme der pflanzlichen Kohlenstoffspeicherung, indem sie dem Pflanzenwachstum Grenzen auferlegt. Daher müssen Klimawandelmodelle, die derzeit versuchen, den in Biomasse gespeicherten Kohlenstoff abzuschätzen, einschließlich zeitlicher Trends, die Verfügbarkeit von Stickstoff berücksichtigen.

„Die starken Anzeichen einer abnehmenden Stickstoffverfügbarkeit an vielen Orten und in Kontexten sind ein weiterer wichtiger Grund, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen schnell zu verringern“, sagte Elmore. „Zusätzliche Managementreaktionen, die die Stickstoffverfügbarkeit über große Regionen erhöhen könnten, werden wahrscheinlich kontrovers diskutiert, sind aber eindeutig ein wichtiger Bereich, der untersucht werden muss.“

In der Zwischenzeit empfiehlt das Übersichtspapier, dass die Daten in einem jährlichen Bericht über den Stand des Stickstoffkreislaufs oder einer globalen Karte der sich ändernden Stickstoffverfügbarkeit zusammengestellt werden müssen, die eine umfassende Ressource für Wissenschaftler, Manager und Politiker darstellen würde. Macher.

„Evidence, Causes, and Consequences of Declining Nitrogen Availability in Terrestrial Ecosystems“ wurde in veröffentlicht Wissenschaft.