Газоны в Долине Соленого озера возрастом до 100 лет еще не насыщены питательным азотом, который добавляется с помощью удобрений, согласно новому исследованию ученых из Университета Юты. Результат удивителен, так как предыдущие исследования на востоке США предполагали, что удобренная почва насыщается азотом в течение нескольких десятилетий.
Что-то другое происходит в почвах Соленого озера, по словам исследователя с докторской степенью Роуз Смит, ведущего автора нового исследования. Несколько природных процессов могут объяснить необычный характер накопления азота, хотя Смит еще не уверен, какие из них ответственны в данном случае. Работа опубликована в Oecologia и финансируется Национальным научным фондом.
Источники и поглотители азота
Азот является одним из ключевых питательных веществ для растений, а круговорот азота заключается в том, как азот в атмосфере (которого много и, к сожалению, биологически бесполезный) преобразуется в формы, которые растения могут использовать. Бактерии превращают газообразный азот в нитраты, которые могут усваиваться растениями. Цикл продолжается, поскольку разлагающиеся бактерии либо возвращают азот в почву, либо выделяют его в атмосферу, где он может действовать как загрязнитель. В некоторых случаях азот может быть потерян из почвы, поскольку он выщелачивается через грунтовые воды в озера или ручьи, что также действует как загрязнитель.
«Мы значительно изменили азотный цикл», - говорит Смит. Теперь промышленные процессы выполняют работу по фиксации азота, перекачивая огромный приток питательных веществ на газоны и поля.«Каковы непреднамеренные последствия всего этого дополнительного азота?» она сказала. В рамках своей более крупной исследовательской программы воздействия азота на реку Иордан в штате Юта Смит и ее коллеги сначала изучили один возможный источник азота: газоны Солт-Лейк-Сити..
Нет плато
В 2007 году аспирант Джебедайя Уильямсон и профессор биологии Университета Джеймс Элерингер взяли образцы почвы с 40 лужаек в долине Соленого озера, примыкающих к домам, построенным между 1900 и 2000 годами, для изучения почвенного углерода. Затем Смит использовал эти образцы, чтобы лучше понять накопление азота с течением времени. Идея заключалась в том, чтобы посмотреть на последовательность того, сколько азота было в газонах разного возраста, а затем определить скорость накопления азота с течением времени, исходя из общего предположения, что все газоны обрабатывались и удобрялись относительно одинаково. - Значит, есть предположение, верно? - говорит Смит. «Еще одно предостережение в этом исследовании заключается в том, что мы не знаем, сколько людей оплодотворяют.«Исследование не спрашивало домовладельцев о том, сколько удобрений они использовали, а вместо этого сравнивало диапазон возможных способов внесения удобрений со скоростью накопления азота, которую они наблюдали.
Они ожидали, что уровень азота со временем поднимется, а затем стабилизируется, что указывает на то, что почва была насыщена. Это то, что обнаружили другие исследования - уровень азота повышается в течение первых 30 лет или около того, а затем стабилизируется. Другие обнаружили, что когда почва становится насыщенной, избыток азота может выщелачиваться, как вода, вытекающая из переполненной ванны.
Но вместо этого Смит и ее коллеги обнаружили примерно прямолинейную зависимость между содержанием азота и временем, что указывает на то, что даже спустя 100 лет почвы Соленого озера все еще накапливают азот. Причина не ясна. И только хранение в почве само по себе не может объяснить азот, который, вероятно, был добавлен в почву с течением времени. При любом сценарии внесения удобрений, кроме самых консервативных, значительные количества азота просто исчезают.
«Могут быть очень большие потери одновременно с накоплением, - говорит Смит, - что на самом деле простая идея, но эта идея ставит под сомнение наше понимание того, как почвы взаимодействуют с азотом». Таким образом, вместо переполненной ванны азотная система почвы может быть больше похожа на прохудившееся сито, никогда не достигающее насыщения.
Ключ к тому, куда ушел азот, может быть в самих почвах. Исследователи измерили соотношение стабильных изотопов азота в почве. Денитрифицирующие бактерии предпочитают использовать более легкие изотопы азота-14, оставляя позади более тяжелые изотопы азота-15. Выщелачивание азота подземными водами, по-видимому, не имеет преимуществ, удаляя оба изотопа без разбора. Смит обнаружил, что соотношение азота-15 увеличивалось с возрастом почвы, предполагая, что потеря азота в воздухе более вероятна, чем выщелачивание. Многие из отобранных почв были богаты глиной, которая препятствует дренажу и выщелачиванию воды, что подтверждает эту гипотезу.
Соединение с водными путями Юты
Но азот все еще может проникать в озера и реки Фронта Уосатч. Река Иордан загрязнена питательными веществами. Смит надеется выяснить, есть ли какая-либо связь между речным азотом и газонным азотом. Она также участвует в предстоящем проекте по разработке методов управления питательными веществами в ливневых водах на экспериментальном участке возле здания Университета Уильямс. Вместе эти исследования направлены на то, чтобы ответить на вопрос, который, по словам Смит, возникает в связи с неожиданными результатами этого исследования: «Являются ли почвы основным источником азота для наших водных путей, - говорит она, - или нет?»