Азот — это важное питательное вещество, необходимое для жизни и роста всего живого. Хотя он является основным компонентом воздуха, он в основном недоступен, улавливается только в результате метаболизма определенных микробов или вымывается на землю в виде аммиака, оксидов азота или органических материалов дождем, снегом и туманом.
На суше микробы, грибы и растения включают то, что не смывается, в белки, ДНК и другие биологические компоненты. Органические вещества в почве — остатки опавших листьев, помета животных и мертвых вещей в различных стадиях разложения — также могут улавливать вновь выпавший азот, удерживая его в почве.Спелые леса накапливают азот более эффективно, чем молодые леса, восстанавливающиеся после сплошных рубок, как выяснили авторы, потому что они накапливают органическое вещество на лесной подстилке в течение столетия или более.
Когда лес вырубается, вскоре следует эрозия, смывая верхний слой почвы. Молодые деревья десятилетней давности начинают восстанавливать органический слой, но для его накопления потребуется много осени.Упорядоченная последовательность изменений местных видов по мере роста и старения леса является классической задачей экологической теории. Обмен питательными веществами между видами и неживым ландшафтом также меняется с последовательностью, и открытие того, что азот накапливается в органической почве, указывает на кое-что важное о том, как стареет экономика питательных веществ экосистемы.
До 1970-х и начала 80-х считалось, что экосистема растет как человек. В какой-то момент леса, как и люди, перестают расти и добавлять новую биомассу. Экологи утверждали, что способность улавливать поступающие питательные вещества прекращается с окончанием роста. Но к середине 80-х стало ясно, что зрелые экосистемы продолжают поглощать азот, в основном в почве.
Показывая, что улавливание азота происходит намного быстрее, чем его высвобождение, Льюис и его коллеги предлагают механизм, с помощью которого старые экосистемы могут накапливать новые поступления питательных веществ.Поскольку почвы, богатые органическими веществами, могут быстро поглощать азот, лесные почвы могут поглощать избыточный азот, который был недавно добавлен в биосферу в результате деятельности человека. При внесении синтетических азотных удобрений и сжигании ископаемого топлива образуются значительные количества аммиака и оксидов азота. С момента индустриализации деятельность человека утроила глобальную скорость фиксации азота из воздуха.
Избыток нарушил экономику питательных веществ во многих экосистемах, в первую очередь из-за подпитки цветения водорослей и мертвых зон, лишенных кислорода, в озерах и эстуариях. Исследование предполагает, что мы, возможно, захотим стратегически сохранить или восстановить леса, сохранив богатые органическими веществами почвы там, где они препятствуют движению грунтовых вод к ручьям, озерам или устьям.