تغير المناخ يعيد تشكيل دورة النيتروجين في العالم ويهدد الغذاء والبيئة

تغير المناخ لا يؤدي فقط إلى ارتفاع حرارة الكوكب واضطراب أنماط الأمطار، بل يعيد أيضًا بهدوء تشكيل الطريقة التي يتحرك بها النيتروجين في الحقول والغابات والمراعي حول العالم. هذا التغيير الخفي في دورة النيتروجين العالمية يحمل عواقب كبيرة على الأمن الغذائي وجودة المياه والتنوع البيولوجي وسياسات المناخ.

يُعد النيتروجين من العناصر الأساسية لبناء البروتينات والحمض النووي، وتعتمد النظم البيئية البرية الصحية على تدفق ثابت ومتوازن للنيتروجين عبر التربة والنباتات والكائنات الدقيقة. وعندما يتعرض هذا التوازن للاضطراب، قد تنخفض المحاصيل، وتتحول الأنهار إلى اللون الأخضر نتيجة الطحالب، ويزداد انبعاث الغازات الدفيئة إلى الغلاف الجوي.

وقال المؤلف الرئيسي مياو تشنج من جامعة تشجيانج: «في عالم دافئ، أصبح النيتروجين عاملًا حاسمًا سواء للأمن الغذائي أو لصحة البيئة. تُظهر دراستنا أن تغير المناخ يعيد تشكيل دورات النيتروجين بطريقة يمكن أن تدعم التنمية المستدامة أو تدفع النظم البيئية إلى ما وراء الحدود الحرجة».

نظرة عامة على الدراسة

تجمع المراجعة الجديدة بيانات 30 عامًا من التجارب الميدانية ونماذج المحاكاة العالمية لدراسة كيفية تأثير ثلاثة عوامل مناخية رئيسية—ارتفاع ثاني أكسيد الكربون، وارتفاع درجات الحرارة، وتغير أنماط الأمطار—على النيتروجين. وتقارن الدراسة آثار هذه التغيرات عبر الحقول والغابات والمراعي، وربط هذه التغيرات بأهداف بشرية مثل القضاء على الجوع وحماية المياه النظيفة.

من خلال دمج مئات الدراسات الميدانية، قام الباحثون بتقدير كيفية استجابة مدخلات النيتروجين، وامتصاص النباتات، والحصاد، والخسائر، والتخزين طويل الأمد للنيتروجين تحت ظروف مناخية مختلفة. كما أظهرت الدراسة تفاوتًا إقليميًا كبيرًا، حيث قد تحقق بعض المناطق زيادة في الإنتاجية بينما تواجه مناطق أخرى مخاطر متزايدة لفشل المحاصيل وتلوث البيئة.

تأثير ارتفاع ثاني أكسيد الكربون إيجابًا وسلبًا

يمكن أن يكون ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي سلاحًا ذا حدين بالنسبة للنيتروجين. فمن جهة، يعزز ارتفاع CO₂ نمو النباتات والمحاصيل بنسبة تتراوح بين 10 و27٪ في الغابات والمراعي، وحوالي 21٪ للمحاصيل الرئيسية مثل القمح والأرز والذرة وفول الصويا.

لكن في الوقت نفسه، غالبًا ما يقلل ارتفاع CO₂ من محتوى النيتروجين في النباتات، مما يؤدي إلى انخفاض جودة البروتين في الحبوب والأوراق. وقال المؤلف المشارك باوجينغ قو: «المزيد من السعرات الحرارية لا يعني بالضرورة تغذية أفضل. قد نحصد كتلة نباتية أكبر ولكن بنيتروجين أقل لكل وحدة، وهذا يؤثر على النظام الغذائي البشري وعلف الماشية».

الاحترار يؤدي إلى الخسائر وعدم المساواة

تقدم درجات الحرارة المرتفعة صورة أكثر إثارة للقلق، خاصة بالنسبة للزراعة. تشير الدراسة إلى أن الاحترار يقلل عمومًا من إنتاجية المحاصيل الرئيسية، مع تعرض الذرة بشكل خاص للخطر في المناطق الاستوائية وشبه الجافة، بينما يسرع أيضًا فقد المركبات النيتروجينية التفاعلية إلى الهواء والمياه.

تحفز الظروف الدافئة الكائنات الدقيقة في التربة، مما يسرع تحلل المواد العضوية ويزيد من انبعاث الأمونيا، وأكسيد النيتروز، وأكاسيد النيتروجين، بالإضافة إلى تسرب النترات إلى المياه الجوفية والأنهار. يمكن لهذه الخسائر أن تفاقم تلوث الهواء، وتزيد من الاحترار العالمي، وتضعف جودة المياه، وتؤثر بشكل غير متناسب على المناطق النامية في أفريقيا وأمريكا اللاتينية وآسيا.

المطر القليل أو الزائد

تزيد تغيرات أنماط الأمطار من تعقيد الصورة. في المناطق الجافة، يمكن لزيادة معتدلة في الأمطار أن تعزز نمو النبات وامتصاص النيتروجين، بينما في المناطق الرطبة، يمكن أن تسبب الجفاف انخفاضًا كبيرًا في الإنتاجية والحصاد النيتروجيني.

تميل قلة الأمطار إلى تثبيط النشاط الميكروبي وتقليل العديد من خسائر النيتروجين، مما يؤدي إلى احتجاز المزيد منه في التربة. في المقابل، يمكن للأمطار الغزيرة والمتكررة أن تغسل النترات إلى المجاري المائية وتعزز انبعاثات النيتروجين الغازية، مما يزيد خطر تكاثر الطحالب وانبعاث الغازات الدفيئة.

دعوة لإدارة متكاملة للنيتروجين

توصلت الدراسة إلى أن تغير المناخ يزيد من التفاوت المكاني في كيفية عمل دورات النيتروجين ومن يتحمل المخاطر. من المرجح أن تواجه المناطق التي تعاني بالفعل من انعدام الأمن الغذائي وضعف الحماية البيئية أكثر التركيبات ضررًا من فقدان المحاصيل، وضغوط المغذيات، والتلوث.

للتصدي لذلك، يدعو المؤلفون إلى إدارة متكاملة للنيتروجين تربط بين ممارسات الأسمدة وإدارة المياه وسياسات المناخ وأهداف التنوع البيولوجي. تشمل الأمثلة الواعدة الجمع بين حصاد مياه الأمطار مع الإضافات العضوية في أنظمة المزارعين الصغار في أفريقيا، وزراعة الأشجار المثبتة للنيتروجين في الغابات الاستوائية للحفاظ على المدخلات الطبيعية للنيتروجين.

وقال تشنغ: «يجب أن نتجاوز النظر إلى النيتروجين كمدخل زراعي فقط، وأن نبدأ في إدارته كموارد عامة عالمية. إذا أدرنا النيتروجين بحكمة في ظل تغير المناخ، يمكننا دعم القضاء على الجوع، وحماية المياه النظيفة، والحد من انبعاثات الغازات الدفيئة في الوقت نفسه».

ويؤكد المؤلفون أن إدماج النيتروجين في الأطر الدولية للمناخ والاستدامة، بما في ذلك اتفاق باريس والتعهدات المناخية الوطنية، أمر ضروري. مع تسارع تغير المناخ، يؤكدون أن العمل العالمي المنسق على النيتروجين ضروري للحفاظ على الإنسان والنظم البيئية ضمن حدود آمنة.