Грунтовые воды четырех речных бассейнов накопили более 50 миллионов тонн азота

Грунтовые воды бассейнов всего четырех крупных рек — Рейна, Миссисипи, Янцзы и Жемчужной — за последний век накопили более 50 миллионов тонн азота и стали главным источником поступления элемента в реки и причиной их эвтрофикации. Причем если в районах Рейна и Миссисипи загрязнение азотом удалось остановить, и через несколько лет его содержание придет в норму, то в Китае оно продолжается, и там на очищение грунтовых вод понадобится не менее 35 лет. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Nature Sustainability.

В течение XX века поступление азота в поверхностные воды мира увеличилось практически вдвое с 34 до 64 миллионов тонн. Так произошло преимущественно из-за активного применения азотных удобрений — важного этапа Зеленой революции. Избыток азота приводит к эвтрофикации водоемов, цветению водорослей и замору гидробионтов из-за гипоксии. Во многих регионах важность умеренного использования удобрений осознали, но это не дало быстрого эффекта, ведь до половины азота в реки поступает из грунтовых вод, циркуляция которых значительно медленнее, чем у воды на поверхности: они до сих пор выносят азот, попавший в почву десятки лет назад.

Ученые из Китая и Нидерландов под руководством Лю Сяочэня (Xiaochen Liu) из Утрехтского университета исследовали динамику поступления азоты в грунтовые воды в речных бассейнах Рейна, Миссисипи, Янцзы и Жемчужной реки (Чжуцзян) за последние 115 лет. Для этого они использовали модель IMAGE-GNM с высоким разрешением (0,5 градуса), которая воспроизводит геохимические циклы питательных веществ в ландшафтах.

За прошедший век все четыре бассейна накопили большие запасы азота в своих грунтовых водах: Рейн — 1,8 миллиона тонн, Жемчужная река — 2,2 миллиона тонн, Янцзы — 18 миллионов тонн, а Миссисипи — 32 миллиона тонн. Именно сток из грунтовых вод стал основным источником поступления азота в реки: его вклад варьировал от 50 процентов для Рейна до 66 процентов для Миссисипи. Однако в бассейнах именно этих рек накопление азота уже стабилизировалось благодаря принятым в конце прошлого века мерам оптимизации сельского хозяйства. Для возврата к уровням 1970 года им потребуется девять и 15 лет соответственно.

В бассейнах Янцзы и Жемчужной реки накопление азота продолжается: азотные удобрения в регионе до сих пор вносятся в почвы избыточных количествах. Если в Китае смогут оптимизировать их применение, то возврат к уровням 1970 года произойдет не ранее чем через 35 лет. Авторы подчеркнули, что замедленный перенос азота грунтовыми водами означает необходимость разработки длительных мер по модернизации сельского хозяйства, а не просто временных ограничений на использование удобрений.

Применение азотных удобрений приводит не только к выщелачиванию азота в грунтовые воды, но и к выбросам аммиака в атмосферу. В атмосфере аммиак быстро окисляется до оксидов азота, которые обладают парниковым эффектом и вносят вклад в образование кислотных дождей, приземного (тропосферного) озона и эвтрофикацию водоемов. Недавно ученые выяснили, что если использовать азотные удобрения эффективно, то выбросы аммиака, которые образуются при возделывании риса, пшеницы и кукурузы, получится снизить на 38 процентов.