論文的主要作者、美國國家社會(huì)環(huán)境綜合中心的前博士后學(xué)者Rachel Mason說：“地球上同時(shí)存在過多的氮和過少的氮。”

在過去的一個(gè)世紀(jì)里，人類通過工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)使全球反應(yīng)性氮的供應(yīng)量增加了一倍以上。這些氮集中在溪流、內(nèi)陸湖泊和沿海水體中，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致富營養(yǎng)化、低氧死角和有害藻類大量繁殖。這些過量氮的負(fù)面影響導(dǎo)致科學(xué)家將氮?dú)庾鳛橐环N污染物來研究。然而，不斷上升的二氧化碳和其他全球變化增加了植物和微生物對(duì)氮的需求，研究小組新發(fā)表的論文表明，世界上許多地區(qū)的氮供應(yīng)正在下降，對(duì)植物生長產(chǎn)生了重要影響。

“這些結(jié)果顯示了世界是如何以復(fù)雜和令人驚訝的方式變化的，”該論文的共同作者、紐約市立大學(xué)研究生中心環(huán)境科學(xué)倡議的高級(jí)科學(xué)研究中心的教授Peter Groffman,說。“我們的發(fā)現(xiàn)表明，擁有長期的數(shù)據(jù)以及集中的綜合努力對(duì)于理解這些變化以及它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康和福祉的影響非常重要。”

研究人員回顧了長期的全球和區(qū)域研究，發(fā)現(xiàn)了由多種環(huán)境變化引起的氮供應(yīng)下降的證據(jù)，其中之一是大氣中二氧化碳水平的升高。大氣中的二氧化碳已經(jīng)達(dá)到了數(shù)百萬年來的最高水平，與150年前相比，陸地上的植物接觸到的這種基本資源多了大約50%。大氣中二氧化碳的升高使植物受精，允許更快生長，但在此過程中稀釋了植物的氮。在人工提高植物周圍空氣中的二氧化碳的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)觀察到了這些過程，現(xiàn)在有證據(jù)表明自然環(huán)境中的植物也在以同樣的方式做出反應(yīng)。

氮是植物和食用它們的動(dòng)物的一個(gè)基本元素。花園、森林和漁業(yè)在施用氮肥時(shí)都更有生產(chǎn)力。如果植物的氮變得更少，樹木生長得更慢，它們的葉子對(duì)昆蟲的營養(yǎng)更少，可能會(huì)減少生長和繁殖，不僅是昆蟲，還有以它們?yōu)槭车镍B類和蝙蝠。

“當(dāng)?shù)獨(dú)廨^少時(shí)，每一種生物都會(huì)對(duì)這種元素持有更長的時(shí)間，減緩了氮?dú)馔ㄟ^食物鏈從一種生物流向另一種生物。這就是我們可以說氮循環(huán)正在停止的原因，”論文的高級(jí)作者、馬里蘭大學(xué)環(huán)境科學(xué)中心和國家社會(huì)環(huán)境綜合中心的景觀生態(tài)學(xué)教授Andrew Elmore說。

除了增加大氣中的二氧化碳，全球氣溫上升也影響到與氮供應(yīng)和需求有關(guān)的植物和微生物過程。氣候變暖通常會(huì)改善生長條件，這可能導(dǎo)致生長季節(jié)延長，導(dǎo)致植物的氮需求超過土壤中的供應(yīng)。野火等也可以從系統(tǒng)中移除氮，并隨著時(shí)間的推移減少可用性。

氮是植物生長的一個(gè)重要元素，其可用性的下降有可能制約植物從大氣中清除二氧化碳的能力。目前，全球植物生物量儲(chǔ)存的碳幾乎與大氣中的碳一樣多，而且生物量碳儲(chǔ)存每年都在增加。只要植物儲(chǔ)存的碳能減少大氣中的二氧化碳，它就有助于減少大氣的全球變暖潛力。然而，氮供應(yīng)量的下降通過對(duì)植物生長的限制而危及植物碳儲(chǔ)存的年度增長。因此，試圖估計(jì)生物質(zhì)中儲(chǔ)存的碳的氣候變化模型，包括隨時(shí)間變化的趨勢，需要考慮到氮的可用性。

Elmore說：“盡管有強(qiáng)烈的跡象表明在許多地方和背景下氮的可用性在下降，但對(duì)空間和時(shí)間模式的理解還不夠充分，無法有效地指導(dǎo)全球管理的努力。在未來，這些數(shù)據(jù)可以匯集成氮循環(huán)的年度報(bào)告或變化中的氮供應(yīng)的全球地圖，這將是科學(xué)家、管理者和政策制定者的綜合資源。”