Новая статья, опубликованная сегодня в журнале Nature Geoscience, определяет, что применение удобрений и пестицидов на пахотных землях является крупнейшим источником серы в окружающей среде - до 10 раз выше, чем пиковое содержание серы во второй половине 20-го века. в дни кислотных дождей.
В результате исследователи Университета Колорадо в Боулдере рекомендуют значительно расширить мониторинг серы и изучить возможные негативные последствия этого увеличения, включая повышение уровня ртути в водно-болотных угодьях, деградацию почвы и более высокий риск астмы для населения в сельскохозяйственных районах..
«Сера в сельском хозяйстве используется во многих различных формах, и мы не изучали широко, как эти различные формы реагируют на почву», - сказала Ив-Лин Хинкли, ведущий автор исследования, доцент кафедры экологических исследований. и научный сотрудник Института арктических и альпийских исследований (INSTAAR) Университета Колорадо в Боулдере. «Никто не изучал всесторонне последствия этих [сельскохозяйственных] дополнений для окружающей среды и здоровья человека».
Сера - это встречающийся в природе элемент и важное питательное вещество для растений, помогающее усваивать азот. Его добывают из-под земли путем добычи ископаемого топлива и для создания удобрений и пестицидов. Но сера также обладает высокой реакционной способностью, а это означает, что она будет быстро подвергаться химическим превращениям, как только ее стабильная форма появится на поверхности, влияя на здоровье экосистем и реагируя с образованием тяжелых металлов, которые представляют опасность для дикой природы и людей.
Исторически угольные электростанции были крупнейшим источником реактивной серы в биосфере, что привело к кислотным дождям в 1960-х и 1970-х годах и деградации лесных и водных экосистем на северо-востоке США. С. и Европе. Исследования по этому вопросу привели к принятию Закона о чистом воздухе и поправок к нему, которые регулировали загрязнение воздуха и снижали уровень содержания серы в атмосферных источниках до доиндустриального уровня.
«Это совсем другая проблема, чем дни кислотных дождей», - сказал Хинкли. «Мы перешли от широкомасштабного атмосферного осаждения над отдаленными лесами к целенаправленному добавлению реактивной серы на региональные пахотные земли. Эти количества намного выше, чем то, что мы видели во время пика кислотных дождей».
Неизвестные риски
Большинство исследований, изучающих избыточное использование питательных веществ в сельском хозяйстве, касалось азота и фосфора. Ученым давно известно, что эти два химических вещества могут оказывать пагубное воздействие на окружающую среду, включая увеличение выбросов парниковых газов и цветение водорослей в водах ниже по течению.
Сера уже давно применяется на сельскохозяйственных угодьях для улучшения урожайности и здоровья сельскохозяйственных культур, выступая как в качестве удобрения, так и в качестве пестицида.
«Мы перемещаем его через нашу среду и экосистемы гораздо быстрее, чем в противном случае», - сказал Хинкли.
Некоторые сельскохозяйственные предприятия по всему миру даже вносят больше серы прямо на свои поля. До сих пор только отдельные исследования дали ученым представление о влиянии избытка серы на здоровье почвы и окружающих вод.
В Эверглейдс во Флориде долгосрочные исследования, проведенные Геологической службой США, связывают широкое применение серы в сахарном тростнике с производством метилртути в Эверглейдс - мощного нейротоксина, который накапливается по мере продвижения вверх по пищевой цепочке, влияя на каждый хищник больше, чем добыча, которую он потребляет. Это угрожает множеству местных диких животных, питающихся рыбой, а также людям.
Итак, исследователи изучили тенденции применения серы для нескольких важных культур в США: кукурузы на Среднем Западе; сахарный тростник во Флориде; и винный виноград в Калифорнии. Их модели серы в поверхностных водах показали, что в районах, которые восстанавливаются после воздействия кислотных дождей, количество серы снова увеличивается.
Исследователи предсказывают, что рост уровня серы будет продолжаться на многих пахотных землях по всему миру, включая такие страны, как Китай и Индия, которые все еще работают над регулированием выбросов ископаемого топлива.
Хинкли подчеркнул, что недостаточно просто задокументировать воздействие повышенного содержания серы на окружающую среду и здоровье человека - необходимо усилить мониторинг и исследования с участием фермеров, регулирующих органов и землеустроителей, чтобы активизировать сотрудничество и коллективные действия по этому вопросу.
«Нам необходимо понимать, какое влияние мы оказываем на окружающую среду», - сказал Хинкли. «И тогда нам нужно вместе работать над решениями, чтобы смягчить эти последствия».
Соавторы этой статьи включают Джона Кроуфорда, научного сотрудника с докторской степенью в INSTAAR и исследователя в Лаборатории инноваций в области устойчивого развития в Колорадо (SILC) в Университете Колорадо в Боулдере; и Чарльз Т. Дрисколл и Хабиболла Фахраи с факультета гражданской и экологической инженерии Сиракузского университета. С тех пор Фахраи занял должность в Университете Южного Иллинойса.