Высокие уровни загрязнения почвы азотом в Европе имеют множество негативных последствий:
- Диоксид азота и аммиак ухудшают качество воздуха.
- Поступление азота в почву снижает биоразнообразие и приводит к эвтрофикации и подкислению озёр и морей.
- Нитраты загрязняют грунтовые воды.
Как можно сократить количество азота в окружающей среде?
В рамках стратегии «От фермы к столу» (F2F) «Зелёного курса» Комиссия ЕС стремится сократить потери питательных веществ на 50% к 2030 году, требуя от стран ЕС сократить использование химических удобрений на 20%.
Согласно исследованию, опубликованному в Nature Food, группа учёных из Центра экологических исследований имени Гельмгольца (UFZ) подсчитала, что такого равномерного сокращения использования удобрений будет недостаточно.
Азот необходим для жизни растений, животных, людей и экосистемы в целом. Однако избыток азота в окружающей среде становится проблемой. Избыточное внесение удобрений может привести к нехватке кислорода в озёрах, реках или морях. Это вызывает гибель рыб, потерю видов и ухудшение качества воды для купания. Чувствительные растения, зависящие от бедных азотом почв, исчезают. Оксиды азота от транспорта и промышленности производят приземный озон и твёрдые частицы, в то время как использование удобрений приводит к выбросам закиси азота (веселящего газа).
Избыточные нитраты из сельского хозяйства попадают в питьевую воду через грунтовые воды, в то время как соединения азота, такие как аммоний и нитраты, подкисляют почвы и водоёмы.
Избыток азота в окружающей среде отражается в почвенном избытке, который рассчитывается как разница между поступлениями (например, удобрениями, навозом животных или атмосферными выпадениями) и выходами (например, ростом растений). Этот избыток азота быстро увеличился в Европе, как показали данные, впервые опубликованные исследовательской группой UFZ в исследовании Scientific Data в 2022 году.
Пока уровень избытка азота был относительно низким до середины XX века, он значительно увеличился после Второй мировой войны и достиг пика в середине 1980-х годов из-за более широкого использования синтетических удобрений, — говорит Масума Батул, аналитик данных UFZ и ведущий автор статьи.
В конце 1980-х годов избыток азота заметно снизился в результате Директивы ЕС по нитратам, реформ Общей сельскохозяйственной политики (CAP) и экономических и политических изменений. Также были технологические достижения, такие как более точное внесение удобрений. Однако с 2010-х годов избыток азота остаётся на высоком уровне.
Для текущего исследования учёные UFZ проанализировали годовой избыток азота в Европе в период с 1850 по 2019 год и сгруппировали его в четыре категории на основе его происхождения и масштабов. Согласно этой классификации, такие страны, как Нидерланды и Дания, относятся к категории «навоз», потому что высокая плотность поголовья скота приводит к доминирующим поступлениям навоза и высокому избытку азота.
Страны Центральной Европы, такие как Германия и Франция, где применяется больше минеральных удобрений, чем навоза животных, относятся к категории «синтетические удобрения». Многие страны Восточной Европы и Средиземноморья попадают в категорию «Умеренное использование навоза и синтетических удобрений», в то время как страны Северной Европы, такие как Норвегия, Швеция и Финляндия, где применяется меньше минеральных удобрений и навоза животных, чем где-либо ещё, относятся к категории «Естественные ландшафты».
«Разграничивая эти четыре категории, мы можем оценить, насколько эффективна стратегия ЕС «От фермы к столу», — говорит доктор наук Батул.
Чтобы выяснить это, исследователи разработали сценарии будущего для четырёх региональных категорий. Их расчёты основаны на избытке азота за 2015–2019 годы и существующих требованиях Продовольственной и сельскохозяйственной организации (FAO) ООН или «Зелёного курса».
Согласно расчётам, если государства-члены ЕС реализуют стратегию F2F как минимум с 20%-м сокращением использования минеральных удобрений, избыток азота в почвах будет снижен — не наполовину, как ожидалось, а лишь на 10–16%. Ни в одной из четырёх региональных категорий избыток азота не будет снижен на желаемые 50%.
«Сельскохозяйственные регионы Европы различаются с точки зрения землепользования, интенсивности использования азота и используемых технологий. Поэтому, согласно нашим расчётам, равномерное сокращение использования минеральных удобрений в масштабах ЕС, закреплённое в стратегии F2F, не приведёт к желаемому результату», — говорит доктор Рохини Кумар, соавтор и разработчик гидросистемной модели UFZ.
Даже самый амбициозный сценарий ФАО, который предусматривает сокращение использования синтетических удобрений в ЕС на 43% и навоза животных на 4%, в сочетании с современными технологиями и мерами управления, снизит избыток азота лишь на 30–45%.
«Согласно нашим расчётам, пять стран — Швеция, Дания, Латвия, Литва и Чехия — сократят свой избыток азота вдвое в этом сценарии», — говорит доктор Андреас Музольф, гидрогеолог UFZ и соавтор.
С другой стороны, страны с высоким избытком азота (например, Германия и Нидерланды) будут значительно ниже целевого показателя в 50%.
Но как страны вроде Германии могут сократить избыток азота вдвое? «Согласно нашим расчётам, немецким фермерам придётся сократить использование минеральных удобрений на 20% и использование навоза дополнительно на 50% при условии использования современных технологий и мер управления», — говорит Батул.
Если они не будут модернизировать технологии и методы ведения сельского хозяйства, им придётся сократить использование навоза животных на 67%. Однако это сокращение также повлечёт за собой потери урожайности — 17% при использовании современных технологий и мер управления и 25% при нынешних. Это означает, что будет производиться меньше продуктов питания и кормов.
«С помощью этих сценариев лица, принимающие решения, могут проанализировать последствия постепенного сокращения использования минеральных удобрений и/или навоза животных для производства продуктов питания и кормов для животных, если избыток азота должен быть сокращён вдвое», — говорит Кумар. Это позволит им разработать стратегии достижения экологических целей и обеспечения достаточного сельскохозяйственного производства.