Те, кто обеспокоен качеством воды, знакомы с азотом как с основным загрязнителем, избыточный сток которого в прибрежные воды может привести к цветению водорослей и мертвым зонам с низким содержанием кислорода. Возможно, менее известна та важная роль, которую форма газообразного азота играет в парниковом потеплении и разрушении озонового слоя Земли.
Теперь международная группа ученых, включая доктора Б. К. Сонг оф Вильям и Мэри в Вирджинском институте морских наук обнаружили, что производство этого мощного парникового газа, известного как N2O или закись азота, можно обойти, поскольку сложные соединения азота в почве, воде и удобрениях распадаются на нереакционноспособный газообразный азот (N2).), который составляет большую часть нашей атмосферы.
Их открытие, опубликованное в недавнем выпуске Scientific Reports, раскрывает совершенно новый путь в глобальном круговороте азота и может дать фермерам и другим людям новые способы сокращения выбросов вредных газов. Ведущим автором исследования является Ребекка Филлипс из Новозеландского исследовательского института Landcare, а также его коллеги по Landcare Эндрю Макмиллан, Гвен Грелет, Беван Вейр и Палмада Тилак; а также Крейг Тобиас из Университета Коннектикута.
Сельское хозяйство выбрасывает в атмосферу больше закиси азота, чем любая другая деятельность человека, в первую очередь за счет внесения азотных удобрений. Этот парниковый газ в 300 раз эффективнее удерживает тепло, чем углекислый газ, и в 10 раз эффективнее, чем метан. Закись азота также перемещается в стратосферу и разрушает озон.
Современная мудрость гласит, что закись азота неизбежно образуется при распаде почвенного азота, включая компоненты удобрений, такие как аммиак, аммоний и мочевина. Также считается, что этот процесс распада требует действия микробов и может происходить только в отсутствие кислорода.
Нынешнее исследование противоречит каждой из этих давних идей.
«Наши результаты ставят под сомнение предположение о том, что закись азота является промежуточным продуктом, необходимым для образования газообразного азота [N2], - говорит Филлипс. «Они также ставят под сомнение, должно ли микробное производство закиси азота происходить в отсутствие кислорода».
«Теперь у нас есть путь, который не требует микробов», - добавляет Сонг. «Процесс денитрификации может происходить абиотически, без участия бактерий или грибков».
Открытие группы может привести к практическим применениям для уменьшения воздействия избытка азота на окружающую среду, теме, на которой они сосредоточились, представляя свои выводы во время недавней встречи в Вашингтоне, округ Колумбия, спонсируемой Министерством сельского хозяйства США и Национальным Комплексная программа качества воды.
«Это может дать нам способ спроектировать систему для снижения уровня фиксированного азота», - говорит Сонг. «Изменяя типы и соотношения соединений азота в удобрениях, вы можете лучше уменьшить избыток азота и смягчить эвтрофикацию или обогащение питательными веществами в близлежащих водах».
Филлипс добавляет: «Дальнейшие исследования могли бы проинформировать фермеров о том, как выращивать органические вещества почвы, полезные для управления азотом. в противном случае выщелачиваться в воду или выделяться в виде закиси азота - в форме, не вредной для окружающей среды."
Тем не менее, ученые говорят, что необходимы дополнительные исследования, чтобы проверить, какие именно формы органического азота наиболее эффективны. В настоящее время группа разрабатывает предложения по дальнейшему финансированию, которые позволят им исследовать применение на фермах для преобразования избытка азота из почвы и воды в нереакционноспособный атмосферный газообразный N2 без образования N2O. Это может позволить ученым разработать варианты управления судьбой сельскохозяйственного азота, избегая при этом выбросов парниковых газов.