질소 (N)와 인 (P)은 모두 필수 영양소이며, 살아있는 종이 생존하고 자랄 수있는 필수적인 영양소입니다. 그들은 환경에 자연적으로 존재하며 일반적으로 방해받지 않는 수생 시스템에서 소량으로 제공됩니다.
그러나 지난 수세기 동안 인간은 대기 (산업적 하버-보쉬 과정을 통해)에서 점점 더 N을 포착하고 있으며, 주로 전 세계 인구를 공급하기 위해 농지 확장의 수정을 위해 현지화 된 암석에서 P를 채굴했습니다. 많은 양의 영양소는 지표수에서, 특히 농지의 침출 또는 침식으로 인한 것과 가정의 하수수 폐수로 인해 나타납니다. 이들 시스템의 결과적으로 영양을 과도하게 강화하면 유해 조류 증식 또는 물 기둥의 산소 고갈과 같은 다수의 생태적 재해로 이어질 수 있으며, 잠재적으로 대규모 어류 사망을 유발할 수 있습니다. 이것들은 중요한 환경 및 경제적 영향을 가질 수 있습니다.
이러한 위험을 완화하는 것은 지난 수십 년 동안 환경 연구 및 정책의 주요 초점이었습니다. 인간 활동, 기후 및 생태계가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 철저한 이해가 필요합니다. 이러한 상호 작용에 대한 우리의 이해는 미래의 환경 전략의 영향을 예측하고 정책 설계를 지원하기 위해 모델로 변환됩니다. 최근 연구 (1)에서 이러한 모델을 사용하여 연구원들은 자연 및 인간 공급원 모두에서 전 세계 표면 담수로의 N 및 P 전달을 평가했습니다. 그들은 N 및 P 입력이 20 세기에 걸쳐 거의 두 배가되었으며, Haber-Bosch 프로세스와 2000 년까지 광산에서 각각 전 세계 P 추출을 통해 전 세계 생산의 절반에 도달 한 것으로 나타났습니다.
.그러나 생태적 위험은 수생 시스템에 도달하는 영양소의 양뿐만 아니라 유리한 기후 조건으로 방출의 형태와 우연의 일치에 의존합니다. 용해 된 무기 영양 형태 (각각 N 및 P의 DIN 및 딥)는 조류 성장에 가장 쉽게 사용할 수 있습니다. 영양 형태는 그 기원에 따라 다릅니다. 현재의 연구에서, 우리는 과거 연구에 대한 광범위한 검토, 주요 영양소 (대기 증착, 양식, 하수, 농업 토지의 유출, 토양 손실, 지하수 및 홍수 배수구의 유해한 식물)의 N 및 P 형태를 정의합니다). 이를 앞서 언급 한 연구 결과와 물 흐름 모델의 출력 결과와 결합하여 20 세기에 걸쳐 글로벌 표면 담수로의 월별 전달을 평가했습니다.
1900 년에 N 및 P는 전 세계 강으로의 하중으로 주로 자연 공급원 (N의 경우 74% 및 P 입력의 62%)에서 발생했으며, 예를 들어 범람원이나 지하수에서의 초목 부패와 같은. 그들은 아마존과 콩고 강 유역과 같은 열대 지역에서 가장 높았으며, 큰 비율은 유기적 인 형태 (N의 경우 70%, p의 경우 44%)였습니다. 자연 소스는 20 세기 동안 아마존과 열대 아프리카에서 지배적으로 남아 있습니다. 그러나 그들의 기여는 2000 년에 총 N 및 P 전달의 약 1/3로 떨어졌습니다.
현재 농업 활동은 모든 대륙, 특히 집중 농업 지역 (미국, 유럽, 호주, 중국, 인도, 남부 아프리카 및 브라질 남부 지역에서 N 및 P 배출량을 지배합니다. N의 경우, 이것은 비료 디 인의 침출을 증가시킨다. 이 농업 유래 DIN의 가장 큰 비율은 토양과 지하수를 통해 지표수에 도달하기 전에 여행합니다. 농업 토지의 토양 손실은 주요 글로벌 P 공급원으로, 높은 미립자 무기 p 하중을 초래합니다. 글로벌 표면 담수로의 총 P 전달에 대한 기여는 1900 년에서 2000 년 사이에 40 ~ 50%로 증가했습니다. 또한 전 세계 인구와 도시화가 증가함에 따라 DIN 및 DIP가 풍부한 하수 배출량의 기여는 세계 강으로의 영양소 입력에 대한 기여가 4-5%에서 12%로 증가했습니다.
.인간 활동의 글로벌 변화는 담수를 표면에 대한 영양소 입력을 강화하고 형태를 수정했을뿐만 아니라 영양 전달의 공간 분포와 계절적 변동성을 변경했습니다. 예를 들어, 브라질과 호주와 같은 농업 확장이 높은 지역에서는 계절적으로 변수의 원천 인 수정 된 땅에서 유출 된 DIN의 비율이 증가했습니다. 북부 위도에서는 가정의 하수 입력의 기여도가 증가함에 따라 강으로의 딥 배달은 계절에 걸쳐 덜 가변적이되었습니다. 이러한 입력은 주로 일일 소비에 의존하므로 연중 더 안정적입니다.
20 세기 동안 전 세계 인구는 3 배 이상 증가했으며 도시 지역에 집중되었습니다. 하수 배출량은 이제 모든 대륙에 걸친 밀도가 높은 지역에서 현지에서 지배적 인 영양소 공급원을 구성합니다 (예 : , 미국 해안, 유럽, 중동 또는 중국 남동부)를 따라 지역 담수 생태계에 준식 압력을 가하고 있습니다. 하수가 연간 평균의 주요 영양소 공급원을 구성하지 않는 곳에서도 다른 공급원이 낮을 때 유출 기간 동안 우세 할 수 있습니다. 예를 들어, 2000 년에 하수수는 서유럽의 1/3, 중부 유럽의 1/4에 걸쳐 최소 1 개월 동안 N과 P의 주요 공급원을 구성했습니다.
일반적으로, 20 세기에 걸쳐, 자연 공급원의 농업 및 하수 수 유출 물질의 영향이 증가함에 따라, 사기수 N 및 P 형태의 비율이 증가하여 과도한 조류 성장과 그 이후의 비판적인 결과를 촉진 할 가능성이 높아졌습니다. 농업 토양과 지하수를 통과하는 식당은 지표수에 도달하기 전에 수년 또는 수십 년 동안 여행 할 수 있으며, 일시적으로 지표 수질 보호 조치의 영향을 가릴 수 있습니다. 마찬가지로, 수정 된 필드에서 침식 된 입자-결합 무기 P는 증가하는 퇴적물에 침전물에 침전되어 축적 될 수 있으며, 대부분 호수 또는 강점과 같은 느린 흐름 지역에서는 축적 될 수있다. 이 축적 된 P는 나중에 풀려날 수 있으며, 이로 인해 장기적인 소스가 담수를 지정합니다.
이 작업은 표면 담수의 영양 전달에 대한 미래의 대규모 연구에 중요합니다. 우리는 지하수의 현재 특성을 개선하고 농경지 수정 방법에 대한 공간 정보를 정제함으로써 N 및 P 하중 추정치가 더 정제 될 수 있음을 보여줍니다. 영양소 축적, 퇴적물 방출 및 조류 성장 흡수를 포함하여 전 세계적으로 스트림 과정에 대한 미래의 연구가 필요합니다. 이를 통해 생태 위험의 공간 및 시간적 핫스팟을 식별 할 수 있으며, 높은 영양소 적재 기간과 단기 수질 악화 사건을 유발할 수있는 생물학적 활동을위한 적절한 기후 조건으로 일치합니다. 인구 증가와 식량 및 물 요구가 증가하는 맥락에서, 그러한 연구는 생태계의 건강을 손상시키지 않으면 서 영양소와 물 사용을 지속적으로 조정하기위한 효과적인 대규모 전략을 식별하는 데 중요합니다.
이러한 결과는 최근 20 세기 동안 글로벌 강 네트워크에 질소 및 인재의 하중이라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 저널 Global and Planetary Change 에 발표되었습니다. (Volume 163, 2018). 이 작품은 Lauriane Vilmin, José M. Mogollón, Arthur H. W. Beusen 및 Utrecht University의 Alexander F. Bouwman이 수행했습니다.
참조
- Beusen, A.H.W, Bouwman, A.F., Van Beek, L.P.H., Mogollón, J.M. 및 Middelburg, J.J (2016). 수생 연속체를 따른 보유 증가에도 불구하고 20 세기에 해양으로의 전 세계 강 I 및 P 운송이 증가했습니다. Biogeosciences , 13, p. 2441-2451.
