自20世紀中期以來，科學家們的研究和討論都集中在過量的氮對陸地和水生生態系統的負面影響上。然而，新的證據表明，世界現在正經歷着氮供應的雙重軌跡。在多年關注環境中過剩的氮之後，人們不斷發展的理解導致了對世界上沒有從人類活動中獲得大量氮輸入的地區的氮不足的新關注。在《科學》雜誌的一篇新的評論文章《陸地生態系統中氮供應下降的證據、原因和後果》中，一個多機構的研究小組描述了氮供應下降的原因以及它如何影響生態系統功能。
論文的主要作者、美國國家社會環境綜合中心的前博士後學者Rachel Mason說：“地球上同時存在過多的氮和過少的氮。”
在過去的一個世紀里，人類通過工業和農業活動使全球反應性氮的供應量增加了一倍以上。這些氮集中在溪流、內陸湖泊和沿海水體中，有時會導致富營養化、低氧死角和有害藻類大量繁殖。這些過量氮的負面影響導致科學家將氮氣作為一種污染物來研究。然而，不斷上升的二氧化碳和其他全球變化增加了植物和微生物對氮的需求，研究小組新發表的論文表明，世界上許多地區的氮供應正在下降，對植物生長產生了重要影響。
“這些結果顯示了世界是如何以複雜和令人驚訝的方式變化的，”該論文的共同作者、紐約市立大學研究生中心環境科學倡議的高級科學研究中心的教授Peter Groffman,說。“我們的發現表明，擁有長期的數據以及集中的綜合努力對於理解這些變化以及它們對生態系統和人類健康和福祉的影響非常重要。”
研究人員回顧了長期的全球和區域研究，發現了由多種環境變化引起的氮供應下降的證據，其中之一是大氣中二氧化碳水平的升高。大氣中的二氧化碳已經達到了數百萬年來的最高水平，與150年前相比，陸地上的植物接觸到的這種基本資源多了大約50%。大氣中二氧化碳的升高使植物受精，允許更快生長，但在此過程中稀釋了植物的氮。在人工提高植物周圍空氣中的二氧化碳的實驗中已經觀察到了這些過程，現在有證據表明自然環境中的植物也在以同樣的方式做出反應。
氮是植物和食用它們的動物的一個基本元素。花園、森林和漁業在施用氮肥時都更有生產力。如果植物的氮變得更少，樹木生長得更慢，它們的葉子對昆蟲的營養更少，可能會減少生長和繁殖，不僅是昆蟲，還有以它們為食的鳥類和蝙蝠。
“當氮氣較少時，每一種生物都會對這種元素持有更長的時間，減緩了氮氣通過食物鏈從一種生物流向另一種生物。這就是我們可以說氮循環正在停止的原因，”論文的高級作者、馬里蘭大學環境科學中心和國家社會環境綜合中心的景觀生態學教授Andrew Elmore說。
除了增加大氣中的二氧化碳，全球氣溫上升也影響到與氮供應和需求有關的植物和微生物過程。氣候變暖通常會改善生長條件，這可能導致生長季節延長，導致植物的氮需求超過土壤中的供應。野火等也可以從系統中移除氮，並隨着時間的推移減少可用性。
氮是植物生長的一個重要元素，其可用性的下降有可能制約植物從大氣中清除二氧化碳的能力。目前，全球植物生物量儲存的碳幾乎與大氣中的碳一樣多，而且生物量碳儲存每年都在增加。只要植物儲存的碳能減少大氣中的二氧化碳，它就有助於減少大氣的全球變暖潛力。然而，氮供應量的下降通過對植物生長的限制而危及植物碳儲存的年度增長。因此，試圖估計生物質中儲存的碳的氣候變化模型，包括隨時間變化的趨勢，需要考慮到氮的可用性。
Elmore說：“儘管有強烈的跡象表明在許多地方和背景下氮的可用性在下降，但對空間和時間模式的理解還不夠充分，無法有效地指導全球管理的努力。在未來，這些數據可以彙集成氮循環的年度報告或變化中的氮供應的全球地圖，這將是科學家、管理者和政策制定者的綜合資源。”