Множество глобальных факторов усиливают потерю азота, а сельскохозяйственные угодья под наивысшим риском

Почему незаметная утечка азота из почвы имеет значение

Наземное производство продовольствия в значительной степени зависит от азота — ключевого компонента удобрений, который помогает растениям расти. Тем не менее значительная доля этого ценного элемента тихо уходит из почв в атмосферу в виде невидимых газов, что ведёт к растрате удобрений, финансовым потерям для фермеров и вкладу в изменение климата. В этом исследовании ставится важный вопрос: как быстро усугубится эта утечка азота по мере потепления планеты, роста концентрации углекислого газа, увеличения применения удобрений и изменения режима осадков — и какие типы ландшафтов находятся в наибольшей зоне риска?

Скрытые газовые «трубы» под нашими ногами

В каждой горсти почвы бесчисленные микробы действуют как крошечные химические инженеры. В ходе процессов, известных как денитрификация и анамокс, они превращают доступный для растений азот в газы, которые улетают в атмосферу. Эти превращения естественны и помогают поддерживать равновесие в экосистемах, но при их ускорении больше азота теряется с суши, остаётся меньше для урожая и увеличиваются выбросы мощных парниковых газов. Поскольку человеческая деятельность одновременно меняет температуру, осадки, концентрацию углекислого газа и уровень азотного загрязнения, авторы поставили цель выяснить, как эти совокупные нагрузки, вероятно, изменят потери азота во всём мире.

Выявление закономерностей по данным экспериментов со всего мира

Исследователи собрали 682 измерения из 127 полевых экспериментов, проведённых в лесах, степях и сельскохозяйственных землях по всему миру. В этих экспериментах учёные целенаправленно повышали концентрацию углекислого газа, добавляли азот, нагревали почву или воздух или меняли количество осадков, иногда комбинируя несколько таких воздействий. Объединяя и повторно анализируя результаты, команда смогла выйти за пределы шумной вариабельности отдельных площадок и задать широкие вопросы: какие глобальные изменения сильнее всего ускоряют потерю азота? Ведут ли себя сельхозугодья иначе, чем леса и степи? И насколько важны местный климат и свойства почвы в формировании этих реакций?

Когда действует множество факторов одновременно

Собранные данные показывают, что изменения, вызванные людьми, в целом ускоряют микробные потери азота из почв, особенно заметно при одновременном действии нескольких факторов. По всем площадкам в среднем один глобальный фактор увеличивал скорость денитрификации примерно на треть, тогда как сочетание трёх и более факторов почти удваивало её. Добавление азота — представляющее использование удобрений и атмосферное отложение — оказалось наиболее сильным стимулом, усиливая как денитрификацию, так и анамокс. Потепление также повышало скорость денитрификации, тогда как изменение осадков и рост СО2 по отдельности имели более слабые и переменные эффекты. Важно, что исследование показало: эти множественные драйверы в основном суммируются простым образом, а не часто дают неконтролируемую синергию или сильное взаимное подавление.

Сельхозугодья — самые «текучие» ландшафты

Реакции экосистем оказались неравномерными. Сельскохозяйственные земли выделялись как наиболее уязвимые к усиленной потере азота, особенно при повышенных вводах азота и потеплении. Частое внесение удобрений, нарушение структуры почвы и относительно низкое соотношение углерода к азоту, по-видимому, подготавливают сельхозпочвы к быстрой микробной активности и образованию газов. Степи и леса также показали увеличение потерь, но их реакции были слабее или более фрагментарны. Чувствительность потерь азота сильно зависела от местного климата и свойств почвы, таких как типичная влажность участка, pH и содержание питательных веществ. Например, в более сухих районах сельхозугодья и степи, как правило, теряли больше азота при добавлении удобрений, тогда как в более влажных регионах потепление вызывало более сильное увеличение потерь азота.

Картирование будущих рисков и замыкание круга питательных веществ

Используя модели машинного обучения, которые связывали результаты экспериментов с глобальными картами климата и свойств почв, авторы оценили, где потери азота вероятнее всего будут сильнее реагировать на рост СО2 и дополнительные вводы азота. Их карты подчёркивают значительную географическую вариативность: многие регионы сельхозугодий в Африке и Австралии прогнозируются как особенно чувствительные к дополнительным вводам азота. Хотя остаются неопределённости — особенно относительно изменений осадков и анамокса вне сельхозугодий — посыл ясен: множественные, перекрывающиеся глобальные изменения ускоряют утечку азота с суши, и обрабатываемые земли находятся в центре этой тенденции. Для широкой аудитории вывод таков: более разумное управление удобрениями, лучшая забота о почвах и более реалистичные климатические модели, учитывающие эти микробные потери, будут необходимы, чтобы сохранять больше азота в наших полях и меньше — в воздухе, защищая и продовольственные запасы, и окружающую среду.

Цитирование: Ding, B., Xu, D., Wang, S. et al. Multiple global change factors amplify nitrogen loss and croplands are at the highest risk. Commun Earth Environ 7, 288 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03316-2

Ключевые слова: потеря азота, сельхозугодья, глобальные изменения, почвенные микробы, управление удобрениями