Об этом в своей статье «Азот: экологический кризис, о котором вы еще не слышали», пишет Ашока Мукпо на портале news.mongabay.com.
…Широкое использование синтетических удобрений позволило резко увеличить урожайность за последнее столетие. Однако, интенсивное сельхозпроизводство привело к дестабилизации естественных круговоротов азота и фосфора на Земле. Наглядный пример – все более частое цветение токсичных водорослей в водоемах, загрязненных стоками азота и фосфора. Страдают не только озера, но моря по всей планете, где «мертвые зоны» с токсичными водорослями не дают шанса на выживание морским обитателям.
Дисбаланс, вызванный перегрузкой по азоту и фосфору, угрожает биоразнообразию во всем мире и, по мнению некоторых ученых, выталкивает нас из «безопасного рабочего пространства для человечества».
Гонка за удобрениями
Борьба за обеспечение или «закрепление» достаточного количества азота в почве для выращивания обильных урожаев была константой в истории человечества. И азот, и фосфор являются необходимыми компонентами фотосинтеза - без достаточного количества растения становятся болезненными и низкорослыми.
Древние земледельцы пытались решить проблему, сжигая растительность, а затем сажая урожай в обугленную почву для ускорения роста. С этим открытием родилось «подсечно-огневое» земледелие, и, хотя они этого не знали, неолитические фермеры вводили в почву химически активные азот и фосфор, высвобожденные из сожженных растений.
Более поздние цивилизации узнали, что внесение навоза – лучшее решение, чем рубить и сжигать деревья.
В середине 1600-х годов немецкий алхимик случайно обнаружил, что фосфор входит в состав человеческого тела, когда он выпарил 50 ведер мочи в поисках мифического «философского камня». В результате моча и даже раздробленные человеческие кости (вместе с большим количеством навоза) впоследствии стали использоваться в качестве удобрения в Европе.
Несмотря на эти открытия, голод оставался постоянной угрозой, и когда колониальные державы Европы и Соединенных Штатов узнали о технике, используемой группами коренного населения в Перу, которые удобряли свои посевы богатым питательными веществами гуано морских птиц, это привело к войне. К середине 1800-х годов новые независимые Перу, Чили и Боливия вели кровопролитную войну за контроль над островами с птичьим пометом.
Затем, в первом десятилетии 20-го века, два немецких химика, Фриц Габер и Карл Бош, изменили ход истории, создав процесс Габера-Боша, способ прямого преобразования атмосферного азота и водорода в аммиак (химически активное соединение азота) под воздействием сильного давления и тепла. Этот прорыв привел к производству синтетических удобрений и смертоносных взрывчатых веществ, использовавшихся во время Первой мировой войны.
Двойное развитие добычи фосфора и искусственной фиксации азота ознаменовало поворотный момент в истории человечества.
В сочетании с новыми высокоурожайными культурами и химическими пестицидами люди внезапно получили возможность производить продукты питания в ранее немыслимых масштабах. В период с 1900 по 2000 год количество людей на планете увеличилось с 1,6 миллиарда до 6 миллиардов, в то время как общая площадь суши, используемой для сельского хозяйства, увеличилась всего на 30%: прокормить растущее население - невозможный подвиг без синтетических удобрений.
Обратной стороной было то, что химически активные азот и фосфор вводились в биосферу в ошеломляющих количествах. В 1890 году человечество ежегодно производило 15 миллионов тонн химически активного азота (почти полностью за счет выращивания бобовых и риса) и использовало около 2 миллионов тонн фосфора для сельского хозяйства. Сегодня эта цифра превышает 200 миллионов тонн химически активного азота в год и 47 миллионов тонн фосфора.
Рост промышленного сельского хозяйства – настоящее технологическое чудо, но у него есть своя цена.
Азотный каскад
До появления синтетических удобрений и ископаемого топлива перемещение азота через биосферу было относительно стабильным. В так называемом «азотном круговороте» атомы элемента путешествовали через флору и фауну, высвобождаясь с выделениями организма и после смерти обратно в землю, а некоторые из них ускользают в результате бактериального преобразования в атмосферу или просачиваются в водные пути. Круговорот азота был основой жизни на Земле, помогая поддерживать и питать флору и фауну в гармоничном балансе движения атомов.
Теперь баланс нарушен индустриализацией и технологиями. В то время как азотные удобрения, которые также содержат фосфор, добываемый на земле, сегодня производят продукты питания, которыми питается около половины населения мира, их широкое применение создало азотный «каскад».
Правительства, стремясь расширить национальную экономику, субсидировали закупку удобрений, позволяя фермерам выращивать больше продуктов питания и быстрее, в то время как химические компании использовали процесс Габера-Боша, чтобы насытить рынок относительно дешевыми питательными веществами.
В свою очередь, массовый приток азота и фосфора стал формой загрязнения, разливаясь по экосистемам Земли.
В настоящее время почти 80% азота, используемого в синтетических удобрениях, теряется в окружающей среде из- за эрозии почвы, стока, атмосферного преобразования и других форм отходов.
Исследование 2002 года показало, что из каждых 100 молекул азота, превращенных в процессе Габера-Боша в удобрение, только 14 в конечном итоге потребляются в пищу.
Сток удобрений в водные пути стимулирует такое цветение цианобактерий и токсичных водорослей, что их называют «красными приливами». Обилие водорослей расходует кислород в воде, затем они всплывают на поверхность в виде гниющей зеленой или красной пены, убивая все живое - в настоящее время «красные приливы» стали обычным явлением от Мичигана до Шанхая.
Хотя большинство людей никогда не слышали слова «эвтрофикация», все большее число людей знакомятся с его последствиями. В США озера и береговые линии от Флориды до Мичигана борются с водорослями, а в Китае, который имеет одни из самых высоких концентраций перегрузок питательными веществами на Земле, массовое цветение вынудило отложить соревнования по парусному спорту во время Олимпийских игр 2008 года.
«Нарушение человеком циклов азота и фосфора уже превысило планетарные границы», - говорит Синь Чжан, доцент Центра экологических наук Мэрилендского университета. Ученые установили девять планетарных границ, которые, по их словам, представляют собой безопасные пределы человеческой деятельности, куда входят биогеохимические потоки азота и фосфора.
Угроза перегрузки питательными веществами не нова, и риск давно признан. С 1970-х годов были приняты нормативные акты, ограничивающие загрязнение азотом и фосфором в некоторых регионах, и там, где существовала политическая воля обеспечить их соблюдение, они приносили результаты.
Но ученые говорят, что эти частичные успехи далеко не в масштабе того, что необходимо, чтобы обратить вспять ущерб.
По словам исследователей, для азота планетарная граница не просто пересечена - она нарушена. Изменение климата - это граница, о которой кричат в заголовках, но сток питательных веществ, который ученые называют «биогеохимическими потоками», - это незамеченный кризис, который уже наносит ущерб экосистемам, и становится хуже.
Простых ответов нет
Марк Саттон, физик-эколог и председатель Международной инициативы по азоту, говорит, что ключевой проблемой, блокирующей глобальные действия, является «фрагментация» усилий политиков по борьбе с загрязнением азотом.
Сельскохозяйственные стоки - не единственный способ закачки азота в биосферу. Он выбрасывается в атмосферу в виде оксида азота при сжигании ископаемого топлива, а также превращается в другой газ, закись азота, бактериями на сельскохозяйственных землях. Оба являются парниковыми газами, причем последний в 300 раз более мощный, чем углекислый газ, как парниковый газ, вызывающий изменение климата.
Хотя закись азота оказывает едкое воздействие на озоновый слой, но, несмотря на эту угрозу, она не охвачена Монреальским протоколом, который, по словам Саттона, является символом непоследовательного и неэффективного контроля за загрязнением азотом и фосфором в рамках глобальной экологической политики.
Существует и огромных разброс по синтетическим удобрениям по странам. Африка, например, страдает от нехватки фосфора и азота, в то время как США, Индия и Китай имеют большой избыток.
Однако простых ответов не нет. По оценке экспертов, без синтетических удобрений человечество могло бы поддерживать только половину своего нынешнего населения. Эти удобрения могут отравлять озера и океаны мира, но миллиарды людей также нуждаются в них, чтобы выжить.
Возможно, поэтому политики не спешат осознавать потенциально катастрофические последствия загрязнения азотом и фосфором. Те же, кто начал осознавать масштаб проблемы, обнаруживают, что есть несколько приемлемых подходов к ней. Так, промышленный агробизнес обладает огромной политической и экономической властью отредактировать внесение удобрений без создания риска для продовольственной безопасности.
Саттон говорит, что реалистичная стратегия - сосредоточиться на экономном, а не на чрезмерном использовании. Стремление к сокращению утечки азота и фосфора с помощью адаптивных сельскохозяйственных технологий и лучшего управления может оказаться наилучшей.
Некоторые примеры существующих практик, которые могут быть расширены и внедрены в масштабах всей планеты, включают посев покровных культур, которые удерживают питательные вещества в почве после сбора урожая, введение промежуточных посевов азотфиксирующих зернобобовых культур и введение буферных зон для агролесомелиорации, наряду с другими обсуждаемыми предложениями .
Исследования показывают, что, применяя некоторые из этих решений, можно сократить внесение удобрений без ущерба для урожайности.
«Мы говорим, что это хорошо с финансовой точки зрения, так что если вы посмотрите на общий объем загрязнения азотом в мире, сложенный только с точки зрения цены на азот и даже не оценивая затраты на здоровье и экосистему, вы получите около 200 миллиардов долларов - впустую потраченный азот, - сказал Саттон. - Если вы уменьшите вдвое азотные отходы, вы сэкономите 100 миллиардов долларов для экономики замкнутого цикла».
Впрочем, внедрение новых мер будет стоить денег. Для фермеров, обремененных долгами и едва выживающих в экономическом плане, внесение этих изменений потребует капитала, которого у многих нет, особенно в странах с низкими доходами. Правительствам, вероятно, придется вмешаться, чтобы покрыть большую часть этих затрат.
«Фермеры уязвимы. Не то чтобы у них сверхвысокая рентабельность. Многие из них работают вне фермы, чтобы получать достаточно дохода, поэтому все, что мы делаем для решения этой проблемы, должно иметь какое-то решение в пользу фермеров», говорит Елена Беннетт, канадский научный руководитель в области науки об устойчивом развитии в Университете Макгилла.
Некоторые страны осознают масштабы проблемы, а также необходимость более серьезных глобальных ответных мер, но пока что значительного прогресса не видно. В начале 2019 года Организация Объединенных Наций приняла резолюцию об устойчивом управлении азотом в Найроби. Но эта мера носит расплывчатый и добровольный характер и обязуется «рассмотреть варианты содействия улучшенной координации политики в рамках глобального азотного цикла на национальном, региональном и глобальном уровнях».
Позже в том же году 29 стран подписали Декларацию Коломбо, в которой обязались сократить вдвое азотные отходы к 2030 году. Декларация, не имеющая обязательной силы, была отмечена новой «азотной песней», записанной Рики Кеджем, лауреатом премии Грэмми музыкантом из Индии. На данный момент не похоже, что Парижское соглашение по азоту и фосфору появится на повестке дня. И экологи полагают, что окончательное влияние на азотный кризис окажет более известная катастрофа: изменение климата.
По статье Ашока Мукпо на портале news.mongabay.com.
Фото: pixabay.com.