التأثير البشري على دورة النيتروجين

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 10 صور
الموسوعة الحرة
الشكل 1: دورة النيتروجين في نظام التربة والنبات. أحد المسارات المحتملة: يتم تثبيت النيتروجين بواسطة الميكروبات في المركبات العضوية، والتي يتم تعدينها (أي الأمونيا ) ثم تتأكسد إلى أشكال غير عضوية (أي النترتة ) التي يتم استيعابها بواسطة النباتات (NO 3 − ). يمكن أيضًا إزالة النيتروجين من NO 3 − بواسطة البكتيريا، مما ينتج عنه N 2 وNO x وN 2 O.
تقدير فائض النيتروجين (الفرق بين استخدام الأسمدة العضوية وغير العضوية، والترسيب الجوي، والتثبيت والامتصاص بواسطة المحاصيل) لعام 2005 في جميع أنحاء أوروبا.

التأثير البشري على دورة النيتروجين متنوع. تتجاوز مدخلات النيتروجين الزراعية والصناعية للبيئة حاليًا المدخلات من التثبيت الطبيعي للنيتروجين . [1] نتيجة للمدخلات البشرية، تغيرت دورة النيتروجين العالمية (الشكل 1) بشكل كبير على مدار القرن الماضي. زادت الكسور المولية لأكسيد النيتروز الجوي العالمي (N 2 O) من قيمة ما قبل الصناعة البالغة ~ 270 نانومول / مول إلى ~ 319 نانومول / مول في عام 2005. [2] تمثل الأنشطة البشرية أكثر من ثلث انبعاثات أكسيد النيتروز ، ومعظمها يرجع إلى القطاع الزراعي. [2] تهدف هذه المقالة إلى تقديم مراجعة موجزة لتاريخ مدخلات النيتروجين من صنع الإنسان، والتأثيرات المبلغ عنها لمدخلات النيتروجين على النظم البيئية الأرضية والمائية المختارة .

تاريخ مدخلات النيتروجين من صنع الإنسان

متوسط ​​انبعاثات الحموضة (تلوث الهواء) من الأطعمة المختلفة لكل 100 جرام من البروتين [3]
أنواع الطعام انبعاثات مسببة للتحمض (جرام SO 2 مكافئ لكل 100 جرام بروتين)
لحم
343.6
جبن
165.5
لحم خنزير
142.7
لحم الضأن ولحم الضأن
139.0
القشريات المستزرعة
133.1
دواجن
102.4
الأسماك المستزرعة
65.9
بيض
53.7
الفول السوداني
22.6
البازلاء
8.5
التوفو
6.7

حوالي 78٪ من الغلاف الجوي للأرض هو غاز النيتروجين (N 2 )، وهو مركب خامل وغير متاح بيولوجيًا لمعظم الكائنات الحية. من أجل الاستفادة منه في معظم العمليات البيولوجية، يجب تحويل N 2 إلى نيتروجين تفاعلي (Nr)، والذي يشمل الأشكال المختزلة غير العضوية (NH 3 و NH 4 + )، والأشكال المؤكسدة غير العضوية (NO و NO 2 و HNO 3 و N 2 O و NO 3 −)، والمركبات العضوية (اليوريا والأمينات والبروتينات ) . [ 1 ] يحتوي N 2 على رابطة ثلاثية قوية ، وبالتالي فإن كمية كبيرة من الطاقة (226 كيلو كالوري مول -1 ) مطلوبة لتحويل N 2 إلى Nr. [1] قبل العمليات الصناعية، كانت المصادر الوحيدة لهذه الطاقة هي الإشعاع الشمسي والتفريغات الكهربائية. [1] باستخدام كمية كبيرة من الطاقة الأيضية وإنزيم النيتروجيناز ، تقوم بعض البكتيريا والبكتيريا الزرقاء بتحويل النيتروجين الجوي إلى NH 3 ، وهي عملية تُعرف باسم التثبيت البيولوجي للنيتروجين (BNF). [4] النظير البشري لعملية BNF هو عملية هابر بوش ، حيث يتفاعل H 2 مع N 2 الجوي في درجات حرارة وضغوط عالية لإنتاج NH 3. [5] أخيرًا، يتم تحويل N 2 إلى NO بواسطة طاقة البرق ، والتي يمكن إهمالها في النظم البيئية المعتدلة الحالية، أو عن طريق احتراق الوقود الأحفوري . [1]

حتى عام 1850، كان النيتروجين الناتج عن الزراعة (على سبيل المثال، زراعة المحاصيل البقولية ) والمواد العضوية المدمجة هي المصادر الوحيدة للنيتروجين للإنتاج الزراعي. [5] قرب مطلع القرن، تم حصاد النيتروجين من رواسب ذرق الطيور ونترات الصوديوم وتصديرها من جزر المحيط الهادئ القاحلة وصحاري أمريكا الجنوبية. [5] بحلول أواخر عشرينيات القرن العشرين، تم استخدام العمليات الصناعية المبكرة، وإن كانت غير فعالة، بشكل شائع لإنتاج الأمونيا . [ 1] وبفضل جهود فريتز هابر وكارل بوش ، أصبحت عملية هابر بوش أكبر مصدر للأسمدة النيتروجينية بعد الخمسينيات من القرن العشرين، وحلت محل النيتروجين الناتج عن الزراعة كمصدر مهيمن لإنتاج الأمونيا . [ 5] من عام 1890 إلى عام 1990، زاد النيتروجين الناتج عن الأنشطة البشرية بنحو تسعة أضعاف. [1] خلال هذا الوقت، تضاعف عدد السكان أكثر من ثلاثة أضعاف، ويرجع ذلك جزئيًا إلى زيادة إنتاج الغذاء.

منذ الثورة الصناعية ، كان احتراق الوقود الأحفوري مصدرًا إضافيًا لمدخلات النيتروجين من صنع الإنسان ، والذي يستخدم لإطلاق الطاقة (على سبيل المثال، لتشغيل السيارات). مع حرق الوقود الأحفوري ، توفر درجات الحرارة والضغوط المرتفعة الطاقة لإنتاج أكسيد النيتروجين من أكسدة النيتروجين . [ 1] بالإضافة إلى ذلك، عندما يتم استخراج الوقود الأحفوري وحرقه، قد يصبح النيتروجين الأحفوري متفاعلًا (أي انبعاثات أكسيد النيتروجين ). [1] خلال سبعينيات القرن العشرين، بدأ العلماء يدركون أن مدخلات النيتروجين تتراكم في البيئة وتؤثر على النظم البيئية. [1]

تأثيرات المدخلات البشرية على دورة النيتروجين

بين عامي 1600 و1990، زاد إنتاج النيتروجين التفاعلي العالمي بنسبة 50% تقريبًا. [6] وخلال هذه الفترة، ورد أن الانبعاثات الجوية من أنواع النيتروجين التفاعلي زادت بنسبة 250% وزاد ترسبها في النظم البيئية البحرية والبرية بأكثر من 200%. [6] بالإضافة إلى ذلك، وردت تقارير عن زيادة أربعة أضعاف في تدفقات النيتروجين غير العضوي المذاب في الأنهار إلى السواحل. [6] النيتروجين هو عنصر غذائي محدد بالغ الأهمية في العديد من الأنظمة، بما في ذلك الغابات والأراضي الرطبة والنظم البيئية الساحلية والبحرية؛ لذلك، أدى هذا التغيير في انبعاثات وتوزيع النيتروجين التفاعلي إلى عواقب وخيمة على النظم البيئية المائية والبرية. [7] [8]

أَجواء

متوسط ​​انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري لأنواع مختلفة من الغذاء [9]
أنواع الطعام انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري (جرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل جرام من البروتين)
لحوم المجترات
62
تربية الأحياء المائية المتداولة
30
صيد الأسماك بالجر
26
تربية الأحياء المائية غير المتداولة
12
لحم خنزير
10
دواجن
10
ألبان
9.1
صيد الأسماك غير الجرافة
8.6
بيض
6.8
جذور نشوية
1.7
قمح
1.2
الذرة
1.2
البقوليات
0.25

تشتمل مدخلات النيتروجين الجوي بشكل أساسي على أكاسيد النيتروجين (NOx ) والأمونيا (NH3 ) وأكسيد النيتروز (N2O ) من النظم البيئية المائية والبرية، [4] وأكسيد النيتروجين من احتراق الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية. [1]

في النظم الإيكولوجية الزراعية ، أدى تطبيق الأسمدة إلى زيادة النترتة الميكروبية (عملية هوائية حيث تؤكسد الكائنات الحية الدقيقة الأمونيوم [NH 4 + ] إلى نترات [NO 3 - ]) وإزالة النترتة (عملية لاهوائية حيث تقلل الكائنات الحية الدقيقة NO 3 - إلى غاز النيتروجين الجوي [N 2 ]). كلتا العمليتين تتسربان بشكل طبيعي من أكسيد النيتريك (NO) وأكسيد النيتروز (N 2 O) إلى الغلاف الجوي. [4] ومما يثير القلق بشكل خاص أكسيد النيتروز ، الذي يبلغ متوسط ​​عمره الجوي 114-120 عامًا، [10] وهو أكثر فعالية بمقدار 300 مرة من ثاني أكسيد الكربون كغاز دفيئة . [4] يتم نقل NO x الناتج عن العمليات الصناعية والسيارات والتسميد الزراعي والأمونيا المنبعثة من التربة (أي كمنتج ثانوي إضافي للنترتة) [4] وعمليات الثروة الحيوانية إلى النظم البيئية في اتجاه الريح، مما يؤثر على دورة النيتروجين وخسائر المغذيات. وقد تم الاستشهاد بستة تأثيرات رئيسية لانبعاثات NO x والأمونيا : [1] 1) انخفاض الرؤية الجوية بسبب الهباء الجوي للأمونيوم ( الجسيمات الدقيقة [PM]) ؛ 2) ارتفاع تركيزات الأوزون ؛ 3) يؤثر الأوزون والجسيمات الدقيقة على صحة الإنسان (مثل أمراض الجهاز التنفسي والسرطان )؛ 4) زيادة القوة الإشعاعية وتغير المناخ العالمي ؛ 5) انخفاض الإنتاجية الزراعية بسبب ترسب الأوزون ؛ و6) حموضة النظام البيئي [11] والتغذية الزائدة .

المحيط الحيوي

جزء من سلسلة عن
الدورات البيوكيميائية
دورة المياه
دورة الكربون
دورة التغذية
دورة الصخور
الدورة البحرية
Methane cycle
Other cycles
Related topics
Research groups
  •  Category
  • v
  • t
  • e

تتلقى النظم البيئية الأرضية والمائية مدخلات النيتروجين من الغلاف الجوي من خلال الترسيب الرطب والجاف. [1] يمكن ترسيب أنواع النيتروجين الجوية في النظم البيئية في هطول الأمطار (على سبيل المثال، NO 3 − ، NH 4 + ، مركبات النيتروجين العضوية)، كغازات (على سبيل المثال، NH 3 وحمض النيتريك الغازي [HNO 3 ])، أو كهباء جوي (على سبيل المثال، نترات الأمونيوم [NH 4 NO 3 ]). [1] تتلقى النظم البيئية المائية النيتروجين الإضافي من الجريان السطحي ومدخلات الأنهار . [8]

يمكن أن يؤدي زيادة ترسب النيتروجين إلى زيادة حموضة التربة والجداول والبحيرات وتغيير إنتاجية الغابات والأراضي العشبية. في النظم البيئية للأراضي العشبية، أنتجت مدخلات النيتروجين زيادات أولية في الإنتاجية تليها انخفاضات مع تجاوز الحدود الحرجة. [1] كما تم إثبات تأثيرات النيتروجين على التنوع البيولوجي ودورة الكربون والتغيرات في تكوين الأنواع . في المناطق المتقدمة للغاية من الأنظمة الساحلية والمحيطية والمصبية القريبة، توفر الأنهار مدخلات نيتروجين مباشرة (على سبيل المثال، الجريان السطحي ) وغير مباشرة (على سبيل المثال، تلوث المياه الجوفية) من النظم البيئية الزراعية. [8] يمكن أن تؤدي زيادة مدخلات النيتروجين إلى حموضة المياه العذبة وتغذية المياه البحرية.

النظم البيئية الأرضية

التأثيرات على الإنتاجية ودورة المغذيات

يقتصر جزء كبير من النمو الأرضي في الأنظمة المعتدلة على النيتروجين؛ وبالتالي، يمكن لمدخلات النيتروجين (أي من خلال الترسيب والتسميد) أن تزيد من توفر النيتروجين، مما يزيد مؤقتًا من امتصاص النيتروجين ونمو النباتات والميكروبات وتراكم النيتروجين في الكتلة الحيوية النباتية والمواد العضوية في التربة . [12] يؤدي دمج كميات أكبر من النيتروجين في المادة العضوية إلى تقليل نسب الكربون إلى النيتروجين، مما يزيد من إطلاق النيتروجين المعدني (NH 4 + ) أثناء تحلل المادة العضوية بواسطة الميكروبات غيرية التغذية (أي الأمونيا ). [13] مع زيادة الأمونيا، تزداد أيضًا نترات النيتروجين المعدني. نظرًا لأن النترتة وإزالة النترتة الميكروبية "متسربة"، فمن المتوقع أن يؤدي ترسب النيتروجين إلى زيادة انبعاثات الغازات النزرة. [14] بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة تراكم الأمونيا في التربة ، تطلق عمليات النترتة أيونات الهيدروجين، مما يزيد من حمضية التربة. NO 3 − ، وهو ناتج النترتة، شديد الحركة ويمكن أن يتسرب من التربة، إلى جانب المعادن القلوية المشحونة إيجابيا مثل الكالسيوم والمغنيسيوم. [4] في التربة الحمضية، يمكن أن تصل أيونات الألومنيوم المتحركة إلى تركيزات سامة، مما يؤثر سلبًا على كل من النظم البيئية الأرضية والمائية المجاورة.

تصل المصادر البشرية للنيتروجين عمومًا إلى الغابات المرتفعة من خلال الترسيب . [15] ومن بين المخاوف المحتملة من زيادة ترسب النيتروجين بسبب الأنشطة البشرية تغير دورة المغذيات في النظم البيئية للغابات. وقد أظهرت العديد من الدراسات التأثيرات الإيجابية والسلبية لترسب النيتروجين الجوي على إنتاجية الغابات وتخزين الكربون. غالبًا ما يتم تثبيت النيتروجين المضاف بسرعة بواسطة الميكروبات ، [16] ويعتمد تأثير النيتروجين المتاح المتبقي على قدرة مجتمع النبات على امتصاص النيتروجين. [17] في الأنظمة ذات الامتصاص العالي، يتم استيعاب النيتروجين في الكتلة الحيوية للنبات، مما يؤدي إلى زيادة الإنتاجية الأولية الصافية (NPP) وربما زيادة عزل الكربون من خلال قدرة التمثيل الضوئي الأكبر. ومع ذلك، فإن استجابات النظام البيئي لإضافات النيتروجين تعتمد على العديد من العوامل الخاصة بالموقع بما في ذلك المناخ وتاريخ استخدام الأراضي وكمية إضافات النيتروجين. على سبيل المثال، في شمال شرق الولايات المتحدة، أظهرت مجموعات الأخشاب الصلبة التي تتلقى مدخلات نيتروجين مزمنة قدرة أكبر على الاحتفاظ بالنيتروجين وزيادة الإنتاجية الأولية الصافية السنوية (ANPP) من مجموعات الصنوبريات. [18] بمجرد أن يتجاوز مدخل النيتروجين الطلب على النظام، فقد يُفقد النيتروجين عن طريق الترشيح وتدفقات الغاز. عندما يتجاوز النيتروجين المتاح قدرة النظام البيئي (أي النباتات والتربة والميكروبات ، إلخ) على الامتصاص، يحدث تشبع النيتروجين ويفقد النيتروجين الزائد في المياه السطحية والمياه الجوفية والغلاف الجوي. [12] [17] [18] يمكن أن يؤدي تشبع النيتروجين إلى اختلال التوازن الغذائي (على سبيل المثال، فقدان الكالسيوم بسبب ترشيح النترات) وتدهور الغابات المحتمل. [13]

أوضحت دراسة استمرت 15 عامًا حول الإضافات المزمنة للنيتروجين في برنامج أبحاث الغابات طويلة الأمد بجامعة هارفارد ( LTER ) العديد من التأثيرات المترتبة على زيادة ترسب النيتروجين على دورة المغذيات في الغابات المعتدلة. ووجدت أن الإضافات المزمنة للنيتروجين أدت إلى خسائر أكبر في الترشيح، وزيادة وفيات الصنوبر، ووقف تراكم الكتلة الحيوية. [18] أفادت دراسة أخرى أن الإضافات المزمنة للنيتروجين أدت إلى تراكم النيتروجين غير الضوئي وبالتالي انخفاض القدرة على التمثيل الضوئي، مما يؤدي إلى إجهاد كربوني شديد ووفيات. [17] تنفي هذه النتائج الفرضيات السابقة القائلة بأن زيادة مدخلات النيتروجين من شأنها أن تزيد من الإنتاج الأولي الصافي وحجز الكربون .

التأثيرات على تنوع الأنواع النباتية

تطورت العديد من المجتمعات النباتية في ظل ظروف غذائية منخفضة؛ وبالتالي، فإن زيادة مدخلات النيتروجين يمكن أن تغير التفاعلات الحيوية وغير الحيوية، مما يؤدي إلى تغييرات في تكوين المجتمع. وقد أظهرت العديد من دراسات إضافة المغذيات أن زيادة مدخلات النيتروجين تؤدي إلى هيمنة الأنواع النباتية سريعة النمو، مع انخفاضات مرتبطة في ثراء الأنواع. [19] [20] [21] تتمتع الأنواع سريعة النمو بتقارب أكبر لامتصاص النيتروجين، وستزاحم الأنواع النباتية الأبطأ نموًا من خلال منع الوصول إلى ضوء الشمس بكتلتها الحيوية الأعلى فوق الأرض. [22] وجدت دراسات أخرى أن الاستجابات الثانوية للنظام لإثراء النيتروجين، بما في ذلك تحمض التربة والتغيرات في مجتمعات الفطريات الجذرية سمحت للأنواع المقاومة للإجهاد بالتغلب على الأنواع الحساسة. [11] [23] من المرجح أن تستفيد الأشجار التي لها ارتباطات فطرية جذرية من زيادة النيتروجين في التربة، حيث أن هذه الفطريات غير قادرة على تكسير النيتروجين العضوي في التربة. [24] وجدت دراستان أخريان أدلة على أن زيادة توافر النيتروجين أدت إلى انخفاض في الأراضي الحرجية المتنوعة الأنواع . تتميز الأراضي الحرجية بتربة فقيرة بالنيتروجين، والتي تستبعد الأعشاب التي تتطلب النيتروجين؛ ومع ذلك، مع زيادة ترسب النيتروجين وتحمض التربة ، تحل الأراضي العشبية الغازية محل الأراضي الحرجية المنخفضة. [25] [26]

في دراسة تجريبية أحدث حول التسميد بالنيتروجين والاضطرابات (أي الحرث) في خلافة الحقل القديم، وجد أن ثراء الأنواع انخفض مع زيادة النيتروجين، بغض النظر عن مستوى الاضطراب. أظهرت تجارب المنافسة أن الأنواع المهيمنة التنافسية استبعدت الأنواع الأدنى تنافسية بين أحداث الاضطراب. مع زيادة مدخلات النيتروجين، تحولت المنافسة من تحت الأرض إلى فوق الأرض (أي إلى المنافسة على الضوء)، وانخفضت معدلات استعمار البقعة بشكل كبير. يمكن أن تؤثر هذه التغييرات الداخلية بشكل كبير على المجتمع من خلال تحويل توازن مقايضات المنافسة والاستعمار بين الأنواع. [21] في الأنظمة القائمة على البقعة، يمكن أن يحدث التعايش الإقليمي من خلال المقايضات في القدرات التنافسية والاستعمارية مع معدلات اضطراب عالية بما فيه الكفاية. [27] أي أنه مع الترتيب العكسي للقدرات التنافسية والاستعمارية، يمكن للنباتات أن تتعايش في المكان والزمان حيث يزيل الاضطراب المنافسين المتفوقين من البقع، مما يسمح بإنشاء مستعمرين متفوقين. ومع ذلك، كما أثبت ويلسون وتيلمان، يمكن أن تلغي المدخلات الغذائية المتزايدة المقايضات، مما يؤدي إلى الاستبعاد التنافسي لهؤلاء المستعمرين المتفوقين / المنافسين الفقراء. [21]

النظم البيئية المائية

تظهر النظم البيئية المائية أيضًا استجابات متنوعة لإثراء النيتروجين. يمكن أن يؤدي تحميل NO 3- من النظم البيئية الأرضية المشبعة بالنيتروجين إلى تحمض أنظمة المياه العذبة في مجرى النهر وتغذية الأنظمة البحرية في مجرى النهر. يمكن أن يتسبب تحمض المياه العذبة في تسمم الألمنيوم ووفيات أنواع الأسماك الحساسة لدرجة الحموضة. نظرًا لأن الأنظمة البحرية محدودة النيتروجين بشكل عام، فإن المدخلات المفرطة من النيتروجين يمكن أن تؤدي إلى تدهور جودة المياه بسبب ازدهار الطحالب السامة ونقص الأكسجين وفقدان الموائل وانخفاض التنوع البيولوجي وخسائر مصايد الأسماك. [8]

تحمض المياه العذبة

يمكن تحويل ترسب النيتروجين الجوي في المناظر الطبيعية الأرضية من خلال العمليات الميكروبية في التربة إلى نيتروجين متاح بيولوجيًا، مما قد يؤدي إلى تحمض المياه السطحية وفقدان التنوع البيولوجي . يمكن لمدخلات NO 3 − و NH 4 + من الأنظمة الأرضية والغلاف الجوي أن تؤدي إلى تحمض أنظمة المياه العذبة عندما تكون هناك قدرة تخزين قليلة بسبب تحمض التربة . [8] يعد تلوث النيتروجين في أوروبا وشمال شرق الولايات المتحدة وآسيا مصدر قلق حالي لتحمض المياه العذبة . [28] أظهرت دراسات تحمض البحيرات في منطقة البحيرة التجريبية (ELA) في شمال غرب أونتاريو بوضوح التأثيرات السلبية لزيادة الحموضة على أنواع الأسماك الأصلية: انخفض تجنيد ونمو سمك السلمون المرقط (Salvelinus namaycush) بشكل كبير بسبب استئصال أنواع فرائسه الرئيسية أثناء التحمض. [29] أدى النيتروجين التفاعلي من الزراعة وتربية الحيوانات والأسمدة وأنظمة الصرف الصحي وغيرها من المصادر إلى زيادة تركيزات النترات في مجاري المياه في معظم الدول الصناعية. لقد تضاعفت تركيزات النترات في 1000 بحيرة نرويجية في أقل من عقد من الزمان. كما تضاعفت الأنهار في شمال شرق الولايات المتحدة ومعظم أوروبا بمقدار عشرة إلى خمسة عشر ضعفًا خلال القرن الماضي. يمكن للنيتروجين التفاعلي أن يلوث مياه الشرب من خلال الجريان السطحي في الجداول والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية. في الولايات المتحدة وحدها، يتجاوز ما يصل إلى 20٪ من مصادر المياه الجوفية الحد الذي حددته منظمة الصحة العالمية لتركيز النترات في مياه الشرب. يمكن أن تسبب هذه التركيزات العالية "مرض الطفل الأزرق" حيث تضعف أيونات النترات قدرة الدم على حمل الأكسجين. كما ربطت الدراسات بين التركيزات العالية من النترات وقضايا الإنجاب والميل إلى بعض أنواع السرطان، مثل سرطان المثانة والمبيض. [30]

تغذية النظم البحرية بالمغذيات

تساهم التحضر وإزالة الغابات والأنشطة الزراعية إلى حد كبير في مدخلات الرواسب والمغذيات في المياه الساحلية عبر الأنهار. [8] أظهرت زيادة مدخلات المغذيات في الأنظمة البحرية زيادات قصيرة الأجل في الإنتاجية وعائدات مصايد الأسماك، والآثار الضارة طويلة الأجل للتغذية الزائدة . ارتبط تضاعف أحمال NO 3 في نهر المسيسيبي في النصف الأخير من القرن العشرين بزيادة غلة مصايد الأسماك في المياه المحيطة بدلتا المسيسيبي؛ [31] ومع ذلك، فقد أنتجت هذه المدخلات الغذائية نقص الأكسجين الموسمي (تركيزات الأكسجين أقل من 2-3 مجم لتر -1 ، " المناطق الميتة ") في خليج المكسيك . [1] [8] في الأنظمة الساحلية والمصبية، تزيد المدخلات الغذائية العالية من الإنتاج الأولي (على سبيل المثال، العوالق النباتية ، والأعشاب البحرية، والطحالب الكبيرة)، مما يزيد من العكارة مع انخفاض ناتج في اختراق الضوء في جميع أنحاء عمود الماء. نتيجة لذلك، ينخفض ​​نمو النباتات المغمورة، مما يقلل من تعقيد الموائل وإنتاج الأكسجين. يؤدي الإنتاج الأولي المتزايد (أي العوالق النباتية والطحالب الكبيرة وما إلى ذلك) إلى تدفق الكربون إلى المياه السفلية عندما تغرق المادة العضوية المتحللة (أي الإنتاج الأولي المسن) وتستهلكها البكتيريا الهوائية في أسفل عمود الماء. ونتيجة لذلك، يكون استهلاك الأكسجين في المياه السفلية أكبر من انتشار الأكسجين من المياه السطحية. بالإضافة إلى ذلك، تنتج بعض الطحالب المزهرة التي تسمى الطحالب الضارة (HABs) سمومًا يمكن أن تعمل كمركبات ضارة للأعصاب والعضلات أو الأعضاء. يمكن أن تكون هذه الطحالب المزهرة ضارة بالحياة البحرية الأخرى وكذلك للإنسان. [32] [33]

اندماج

إن استجابات النظام المذكورة أعلاه لمدخلات النيتروجين التفاعلي (Nr) تتم دراستها بشكل منفصل تقريبًا؛ ومع ذلك، تشير الأبحاث بشكل متزايد إلى أن مشاكل تحميل النيتروجين مرتبطة بمسارات متعددة تنقل العناصر الغذائية عبر حدود النظام. [1] يُطلق على هذا النقل المتسلسل بين النظم البيئية اسم سلسلة النيتروجين. [6] (انظر الرسم التوضيحي من برنامج الأمم المتحدة للبيئة). أثناء السلسلة، تتراكم النيتروجين في بعض الأنظمة، مما يؤدي إلى تأخر زمني في السلسلة وزيادة تأثيرات النيتروجين على البيئة التي يتراكم فيها. في النهاية، تتراكم المدخلات البشرية من النيتروجين أو تنزع النتروجين؛ ومع ذلك، لم يتم إحراز سوى تقدم ضئيل في تحديد الأهمية النسبية لتراكم النيتروجين ونزع النتروجين ، والذي كان يرجع بشكل أساسي إلى الافتقار إلى التكامل بين التخصصات العلمية. [1] [34]

تتدفق معظم النيتروجين المطبق على النظم الإيكولوجية الزراعية العالمية عبر الغلاف الجوي والنظم الإيكولوجية المائية والبرية حتى يتم تحويلها إلى N 2 ، وذلك في المقام الأول من خلال إزالة النتروجين . [1] وعلى الرغم من أن إزالة النتروجين الأرضية تنتج وسيطات غازية (أكسيد النيتريك [NO] وأكسيد النيتروز [N 2 O])، فإن الخطوة الأخيرة - الإنتاج الميكروبي لـ N 2 - مهمة لأن N 2 الجوي هو بالوعة لـ Nr. [34] وقد أظهرت العديد من الدراسات بوضوح أن شرائط العازلة والأراضي الرطبة المُدارة يمكن أن تزيل كميات كبيرة من النترات (NO 3 - ) من الأنظمة الزراعية من خلال إزالة النتروجين . [35] قد تساعد هذه الإدارة في التخفيف من التأثيرات المتتالية غير المرغوب فيها والقضاء على تراكم النيتروجين البيئي. [1]

تهيمن الأنشطة البشرية على دورات النيتروجين العالمية والإقليمية. [36] وقد أظهرت مدخلات النيتروجين عواقب سلبية على كل من دورة المغذيات وتنوع الأنواع الأصلية في الأنظمة الأرضية والمائية. في الواقع، نظرًا للتأثيرات طويلة المدى على شبكات الغذاء، تعتبر مدخلات النيتروجين على نطاق واسع مشكلة التلوث الأكثر أهمية في الأنظمة البحرية. [8] في كل من النظم البيئية الأرضية والمائية، تتنوع الاستجابات لإثراء النيتروجين؛ ومع ذلك، فإن الموضوع العام المتكرر هو أهمية العتبات (على سبيل المثال، تشبع النيتروجين ) في قدرة النظام على الاحتفاظ بالمغذيات. من أجل التحكم في سلسلة النيتروجين، يجب أن يكون هناك تكامل بين التخصصات العلمية والمزيد من العمل على معدلات تخزين النيتروجين وإزالة النتروجين . [34]

انظر أيضا

مراجع

المجال العام تتضمن هذه المقالة مواد متاحة للعامة من Environmental Health Perspectives. المعاهد الوطنية للصحة .
  1. ^ abcdefghijklmnopqrst Galloway, JN; Aber, JD; Erisman, JNW; Seitzinger, SP; Howarth, RW; Cowling, EB; Cosby, BJ (2003). "The Nitrogen Cascade". BioScience . 53 (4): 341. doi : 10.1641/0006-3568(2003)053[0341:TNC]2.0.CO;2 . S2CID  3356400.
  2. ^ ab Alley et al. 2007. IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I in the Third Assessment Report of Intergovernment Commission on Climate Change. Report Summary for Policy Makers (SPM) Archived 2011-07-16 at the Wayback Machine .
  3. ^ Nemecek, T.; Poore, J. (2018-06-01). "الحد من التأثيرات البيئية للغذاء من خلال المنتجين والمستهلكين". Science . 360 (6392): 987–992. Bibcode :2018Sci...360..987P. doi : 10.1126/science.aaq0216 . ISSN  0036-8075. PMID  29853680. S2CID  206664954.
  4. ^ abcdef Schlesinger, WH 1997. الكيمياء الحيوية الجيولوجية: تحليل للتغير العالمي ، سان دييغو، كاليفورنيا.
  5. ^ abcd Smil, V. 2001. إثراء الأرض: فريتز هابر، كارل بوش، وتحويل إنتاج الغذاء العالمي . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، كامبريدج، ماساتشوستس.
  6. ^ abcd Galloway, James N.; Cowling, Ellis B. (2002). "Reactive Nitrogen and the World: 200 Years of Change". Ambio: A Journal of the Human Environment . 31 (2): 64–71. Bibcode :2002Ambio..31...64G. doi :10.1579/0044-7447-31.2.64. PMID  12078011. S2CID  8104525.
  7. ^ Vitousek, P.; Howarth, R. (1991). "تقييد النيتروجين على الأرض وفي البحر: كيف يمكن أن يحدث؟". الكيمياء الحيوية . 13 (2). doi :10.1007/BF00002772. S2CID  93106377.
  8. ^ abcdefgh Rabalais, Nancy N. (2002). "النيتروجين في النظم البيئية المائية". Ambio: A Journal of the Human Environment . 31 (2): 102–12. doi :10.1639/0044-7447(2002)031[0102:NIAE]2.0.CO;2. PMID  12077998.
  9. ^ مايكل كلارك؛ تيلمان، ديفيد (نوفمبر 2014). "الأنظمة الغذائية العالمية تربط الاستدامة البيئية والصحة البشرية". نيتشر . 515 (7528): 518-522. رمز Bibcode :2014Natur.515..518T. doi :10.1038/nature13959. ISSN  1476-4687. PMID  25383533. S2CID  4453972.
  10. ^ جون ت. هوتون ، واي. دينج، دي جي جريجس، إم. نوجير، بي جيه فان دير ليندن، إكس. داي، كيه. ماسكيل، وسي إيه جونسون. 2001. تغير المناخ 2001: الأساس العلمي. مساهمة مجموعة العمل الأولى في تقرير التقييم الثالث للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ . مطبعة جامعة كامبريدج]
  11. ^ ab Houdijk, ALFM; Verbeek, PJM; Dijk, HFG; Roelofs, JGM (1993). "توزيع وانحدار الأنواع المهددة بالانقراض من نباتات الخلنج العشبية فيما يتعلق بالتركيب الكيميائي للتربة". Plant and Soil . 148 (1): 137–143. Bibcode :1993PlSoi.148..137H. doi :10.1007/BF02185393. S2CID  22600629.
  12. ^ ab Aber، JD، KJ Nadelhoffer، P. Steudler، and JM Melillo. 1989. “تشبع النيتروجين في النظم الإيكولوجية للغابات الشمالية”. العلوم البيولوجية 39: 378-386
  13. ^ ab Aber, JD (1992). "دورة النيتروجين وتشبع النيتروجين في النظم البيئية للغابات المعتدلة". الاتجاهات في علم البيئة والتطور . 7 (7): 220-224. doi :10.1016/0169-5347(92)90048-G. PMID  21236013.
  14. ^ ماتسون، ب؛ لوهسي، كيه إيه؛ هول، إس جيه (2002). "عولمة ترسب النيتروجين: العواقب المترتبة على النظم البيئية الأرضية". أمبيو . 31 (2): 113-119. doi :10.1639/0044-7447(2002)031[0113:tgondc]2.0.co;2. JSTOR  4315223. PMID  12077999.
  15. ^ Aber, John D.; Goodale, Christine L .; Ollinger, Scott V.; Smith, Marie-Louise; Magill, Alison H.; Martin, Mary E.; Hallett, Richard A.; Stoddard, John L. (2003). "هل يؤثر ترسب النيتروجين على حالة النيتروجين في الغابات الشمالية الشرقية؟". BioScience . 53 (4): 375. doi : 10.1641/0006-3568(2003)053[0375:INDATN]2.0.CO;2 . JSTOR  1314369. S2CID  54037020.
  16. ^ Nadelhoffer, KJ; Downs, MR; Fry, B. (1999). "مصارف الإضافات المخصبة بالنيتروجين 15 إلى غابة البلوط ومزرعة الصنوبر الأحمر". التطبيقات البيئية . 9 : 72–86. doi :10.1890/1051-0761(1999)009[0072:SFNEAT]2.0.CO;2.
  17. ^ abc Bauer, GA; Bazzaz, FA; Minocha, R.; Long, S.; Magill, A.; Aber, J.; Berntson, GM (2004). "تأثيرات الإضافات المزمنة للنيتروجين على كيمياء الأنسجة والقدرة على التمثيل الضوئي وإمكانية عزل الكربون لشجرة الصنوبر الأحمر (Pinus Resinosa Ait.) في شمال شرق الولايات المتحدة". علم البيئة الحرجية والإدارة . 196 : 173–186. doi :10.1016/j.foreco.2004.03.032.
  18. ^ abc Magill, AH; Aber, JD; Currie, WS; Nadelhoffer, KJ; Martin, ME; McDowell, WH; Melillo, JM; Steudler, P. (2004). "استجابة النظام البيئي لخمسة عشر عامًا من الإضافات النيتروجينية المزمنة في محطة هارفارد للتربينات، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية". علم البيئة والإدارة للغابات . 196 : 7–28. doi :10.1016/j.foreco.2004.03.033.
  19. ^ لورا فوستر هوينيكي؛ ستيفن ب. هامبورج؛ روجر كويدي؛ هارولد أ. موني؛ بيتر م. فيتوسيك (1990). "تأثيرات موارد التربة على غزو النباتات وبنية المجتمع في المراعي السربنتينية في كاليفورنيا". علم البيئة . 71 (2): 478-491. رمز Bibcode :1990Ecol...71..478H. doi :10.2307/1940302. JSTOR  1940302.
  20. ^ Tilman, D. (1997). "عدم قدرة المجتمع على الغزو، والحد من التجنيد، والتنوع البيولوجي في المراعي". علم البيئة . 78 : 81–83. doi :10.1890/0012-9658(1997)078[0081:CIRLAG]2.0.CO;2.
  21. ^ abc Wilson, SD; Tilman, D. (2002). "التباين التربيعي في ثراء الأنواع في الحقول القديمة على طول تدرجات الاضطراب والنيتروجين". علم البيئة . 83 (2): 492. doi :10.1890/0012-9658(2002)083[0492:QVIOFS]2.0.CO;2.
  22. ^ واميلينك، GWW؛ فان دوبين، HF؛ مول ديكسترا، جي بي؛ شوينبرج، EPAG؛ كروس، J.؛ دي فريس، دبليو؛ بيريندسي، ف. (سبتمبر 2009). “تأثير تقليل ترسب النيتروجين على التنوع البيولوجي وعزل الكربون”. بيئة الغابات وإدارتها . 258 (8): 1774-1779. دوى :10.1016/j.foreco.2008.10.024.
  23. ^ Egerton-Warburton, LM; Allen, EB (2000). "التحولات في مجتمعات الفطريات الجذرية على طول منحدر ترسب النيتروجين الناتج عن الأنشطة البشرية". Ecological Applications . 10 (2): 484. doi :10.1890/1051-0761(2000)010[0484:SIAMCA]2.0.CO;2.
  24. ^ Quinn Thomas, R.; Canham, Charles D.; Weathers, Kathleen C.; Goodale, Christine L. (22 December 2009). "زيادة تخزين الكربون في الأشجار استجابة لترسب النيتروجين في الولايات المتحدة". Nature Geoscience . 3 (1): 13–17. doi :10.1038/ngeo721. ISSN  1752-0908.
  25. ^ Aerts, Rien; Berendse, Frank (August 1988). "The effect of increased nutritious available on vegetation dynamics in wet heathlands". Vegetatio . 76 (1–2): 63–69. doi :10.1007/BF00047389. ISSN  0042-3106. S2CID  34882407.
  26. ^ Bobbink, R.; Heil, GW; Raessen, MB (1992). "عمليات الترسيب الجوي وتبادل الغطاء النباتي في النظم البيئية للأراضي الحرجية". التلوث البيئي . 75 (1): 29–37. Bibcode :1992EPoll..75...29B. doi :10.1016/0269-7491(92)90053-D. PMID  15092046.
  27. ^ هاستينجز، أ. (1980). "الاضطراب والتعايش والتاريخ والمنافسة على الفضاء". علم الأحياء السكاني النظري . 18 (3): 363-373. doi :10.1016/0040-5809(80)90059-3.
  28. ^ Driscoll, CT, GB Lawrence, AJ Bulger, TJ Butler, CS Cronan, C. Eagar, KF Lambert, GE Likens, JL Stoddard, and KC Weathers. 2001. Acidic Deposition in the Northeastern United States: Sources and Inputs, Ecosystem Effects, and Management Strategies. ص 180-198
  29. ^ Mills, KH; Chalanchuk, SM; Allan, DJ (2000). "استعادة مجموعات الأسماك في بحيرة 223 من التحمض التجريبي". المجلة الكندية لمصايد الأسماك والعلوم المائية . 57 : 192–204. doi :10.1139/f99-186.
  30. ^ فيلدز، سكوت (يوليو 2004). "النيتروجين العالمي: دورة خارجة عن السيطرة". آفاق الصحة البيئية . 112 (10): A556–A563. doi :10.1289/ehp.112-a556. PMC 1247398. PMID  15238298 . 
  31. ^ جرايمز، تشيرتشل ب. (2001). "إنتاج مصايد الأسماك وتصريف مياه نهر المسيسيبي". مصايد الأسماك . 26 (8): 17-26. رمز Bibcode :2001Fish...26g..17G. doi :10.1577/1548-8446(2001)026<0017:FPATMR>2.0.CO;2.
  32. ^ Skulberg, Olav M. ; Codd, Geoffrey A.; Carmichael, Wayne W. (1984-01-01). "ازدهار الطحالب الخضراء المزرقة السامة في أوروبا: مشكلة متنامية". Ambio . 13 (4): 244–247. JSTOR  4313034.
  33. ^ سميث، في إتش؛ تيلمان، جي دي؛ نيكولا، جيه سي (1999). "التغذية الزائدة: تأثيرات المدخلات الغذائية الزائدة على النظم البيئية للمياه العذبة والبحرية والبرية". التلوث البيئي . 100 (1-3): 179-196. doi :10.1016/s0269-7491(99)00091-3. PMID  15093117. S2CID  969039.
  34. ^ abc Davidson, EA; Seitzinger, S. (2006). "لغز التقدم في أبحاث نزع النتروجين". Ecological Applications . 16 (6): 2057–2063. doi :10.1890/1051-0761(2006)016[2057:TEOPID]2.0.CO;2. PMID  17205889.
  35. ^ جاكسون، ر.د. ألين-دياز، ب.؛ أوتس، إل جي؛ تيت، كيه دبليو (2006). "زيادة نترات مياه الينابيع مع إزالة رعي الماشية في السافانا التي تكسوها أشجار البلوط في كاليفورنيا". النظم البيئية . 9 (2): 254. رمز Bibcode :2006Ecosy...9..254J. doi :10.1007/s10021-005-0166-7. S2CID  24450808.
  36. ^ Galloway, JN; Dentener, FJ; Capone, DG; Boyer, EW; Howarth, RW; Seitzinger, SP; Asner, GP; Cleveland, CC; Green, PA; Holland, EA; Karl, DM; Michaels, AF; Porter, JH; Townsend, AR; Vöosmarty, CJ (2004). "Nitrogen Cycles: Past, Present, and Future" (PDF) . Biogeochemistry . 70 (2): 153. Bibcode :2004Biogc..70..153G. doi :10.1007/s10533-004-0370-0. JSTOR  4151466. S2CID  98109580. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2005-11-11.

قراءة إضافية

  • جود، أيه جي؛ بيتي، بي إتش (2011). "تسميد الطبيعة: مأساة الإفراط في الموارد العامة". مجلة بلوس للبيولوجيا . 9 (8): e1001124. doi : 10.1371/journal.pbio.1001124 . PMC  3156687. PMID  21857803 ..
  • Scarsbrook M.; Barquin J.; Gray D. (2007). ينابيع المياه الباردة في نيوزيلندا وتنوعها البيولوجي (PDF) . ISBN 978-0-478-14289-1.ISSN 1173-2946  . {{cite book}}: |journal=تم تجاهله ( مساعدة )
  • Olde Venterink, H.; Wassen, MJ; Verkroost, AWM; De Ruiter, PC (2003). "Species Richness–Productivity Patterns Differ Between N-, P-, and K-Limited Wetlands" (PDF) . علم البيئة . 84 (8): 2191–2199. رمز Bibcode :2003Ecol...84.2191O. doi :10.1890/01-0639. JSTOR  3450042. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2016-03-03 . تم الاسترجاع في 2009-09-03 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Human_impact_on_the_nitrogen_cycle&oldid=1237372602"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate