중국은 반응성 질소(reactive nitrogen)의 인위적 배출에 의해 많은 지역에서 강력한 대기 오염 문제를 겪고 있다. 반응성 질소의 인위적인 배출은 육상과 수생 생태계에서 대기 질소의 침착으로 나타나고 있다.

 

이러한 사실은 인간과 생태계 건강, 온실가스 균형 및 생태계 다양성 등에 암시하는 바가 크다. 그러나 중국에서 질소 침착(nitrogen deposition)의 크기와 환경 영향(environmental impact)에 대한 정보는 제한적이다.

 

중국 소속의 농업학자인 Fusuo Zhang이 주도하고 전 세계 몇몇 국가의 연구진으로 구성된 연구팀은 중국 전역의 질소 침착이 과거 30년에 걸쳐 60% 이상 증가했으며, 이러한 증가가 환경 피해의 확산으로 이어지고 있다고 밝혔다.

 

네이처(Nature) 저널에 발표된 논문에서, 연구팀은 암모니아(ammonia)와 질소산화물(nitrogen oxides) 같은 질소 오염물질이 어떻게 암모늄(ammonium)과 질산염(nitrate)으로 전환되어 자연적인 강우로 지구로 떨어지는지에 대하여 기술하고 있다. 질소 오염 침착의 확산이 중국 전역을 마구 파괴하고 있다고 연구진은 밝혔다.

 

이 연구에서 연구진은 1980년부터 2010년 사이 중국 전역의 생태계에 질소 침착의 효과와 질소 침착 역학을 평가하기 위하여 식물의 나뭇잎 질소와 장기적으로 비료를 사용하지 않은 토양으로부터 농작물의 질소 흡수 및 벌크 질소 침착에 대한 전국적인 자료 모음을 이용했다.

 

질소 오염은 ① 제조업, ② 농업 등 두 가지 중요한 인위적인 공정을 통하여 대기로 배출된다. 다양한 질소산화물은 석탄 연소를 통한 전기와 자동차를 운영하기 위한 동력원 사용 등으로부터 생성된다.

 

또 다른 중요한 경로는 다량의 암모니아를 함유하는 비료를 농작물에 적용하기 때문에 발생한다. 질소 산화물과 암모니아는 대기 중에서 확산되어 비나 눈이올 때 지상으로 떨어진다.

 

연구팀은 중국 전역에 위치한 270곳의 모니터링 기지로부터 얻은 자료를 조명하여 1980년부터 2010년까지 30년에 걸쳐 강우 시료(precipitation sample)에서 발견된 질소의 양이 연간 헥타르당 8킬로그램 가까이 증가했다는 사실을 확인했다.

 

이 양은 60%에 이르는 증가로 환산될 수 있다. 비, 진눈깨비, 얼음 또는 눈 등의 형태인 강우(precipitation)는 식물의 잎 위를 포함한 모든 장소로 떨어져 더 많은 질소가 존재할 때 더 많이 흡수된다고 연구진은 밝혔다. 나무를 근간으로 하는 식물과 초본 특성을 지닌 식물은 1980년보다 2010년에 33% 더 많은 질소를 흡수한다는 사실을 연구팀은 발견했다.

 

또, 옥수수, 벼 및 밀 등과 같은 농업용 식물은 약 16% 더 많은 질소를 흡수한다는 사실이 확인됐다. 그 결과 특정 수준에 도달할 때 식물이 죽거나 티핑 포인트에 도달한다고 하더라고, 조류를 포함하여 많은 식물이 더 크거나 더 빠르게 성장한다.

 

연구진은 평균 벌크 질소 침착이 1980년대(헥타르당 13.2킬로그램의 질소)와 2000년대(헥타르당 21.1 킬로그램의 질소) 사이에 헥타르당 약 8킬로그램(P<0.001)가 증가했다고 밝혔다. 중국 내 산업화가 이루어지고 농업 집약적인 지역에서 질소 침착 속도는 완화 조치가 도입되기 전 1980년 대 북서부 유럽에서의 최고 질소 침착과 유사한 수준으로 높게 나타났다.

 

또 연구팀은 오염 물질의 성장이 쉽게 변한다는 사실을 확인했다. 예를 들면, 2010년에 연구진은 전체 질소 침착의 약 1/3이 질산염이며 나머지는 암모니아라고 보고했다. 1980년에는 단 17%의 침착이 질산염이었다.

 

이것은 중국 경제가 성장함에 따라 농업 활동 보다는 제조업과 자동차 운행으로부터의 질소 오염이 빠르게 증가하고 있다는 것을 의미한다. 결과에 따른 또 다른 분석은 과도한 양의 질소가 생태계에 손상을 입힌다는 것이다.

 

물론 질소 오염의 문제는 중국에만 한정된 것은 아니다. 질소 오염의 손상 효과는 선진국과 개발도상국에서도 나타나고 있다. 중요한 것은 이러한 오염이 제어할 수 없는 수준에 이르거나 심각해지기 전에 필요한 조치를 취해야 한다는 것이라고 연구진은 지적했다.

 

또 연구진은 중국 생태계에 대한 질소 침착의 영향이 자연적 및 반자연적인 생태계에서 식물 잎의 질소 농도를 크게 증가시키고, 장기적으로 비료를 사용하지 않은 농경지로부터 농작물 질소 흡수를 증가시킨다는 것을 발견했다.

 

중국과 다른 국가들은 반응성 질소의 배출, 질소 침착 및 인간 건강과 환경에 대한 질소 침착의 부정적인 효과를 감소시키기 위한 지속적인 도전과제에 직면해 있다.

 

 

 

 

 

(Phys.org February 21, 2013 by Bob Yirka)-A team of researchers with members from several countries around the world, and led by Chinese agriculturalist Fusuo Zhang has found that nitrogen deposition over China has increased by over 60 percent over the past 30 years, leading to widespread environmental damage.

 

   

In their paper published in the journal Nature, the team describes how nitrogen pollutants such as ammonia and nitrogen oxides are converted to ammonium and nitrates which then fall to Earth as part of natural precipitation. The result, they say, is the widespread deposition of nitrogen pollutants across large swaths of the country.

 

Nitrogen pollutants get into the air through two main human processes: manufacturing and farming. A variety of nitrogen oxides result from making things, including electricity through burning coal and power to run automobiles. The other main avenue is via fertilizer applied to crops that contains large amounts of ammonia. Both wind up in the air and then fall to the ground when it rains or snows.

 

The research team looked at data from 270 monitoring facilities located around the country and found that over the years 1980 to 2010, the amount of nitrogen found in precipitation samples increased by 8 kilograms per hectare per year, which translates to a whopping 60 percent rise.

 

That precipitation, in the form of rain, sleet, ice or snow falls everywhere of course, including on the leaves of plants, which the researchers say, absorb more nitrogen when more is present. Wood based plants and those of a herbaceous nature, were, the team found, absorbing up to 33 percent more nitrogen in 2010 than they were in 1980.

 

Also, agricultural plants such as maize, rice and wheat were found to be absorbing approximately 16 percent more. Many plants grow bigger or faster as a result, including algae, though all have a tipping point and will die once a certain level is reached.

 

The team also found that the nature of the pollutants has been changing as well. In 2010, for example, they report, about a third of all nitrogen depositions were nitrates-the rest were ammoniums.

 

In 1980, only 17 percent of depositions were nitrates. This means that as China's economy grows, nitrogen pollution from manufacturing and driving cars is growing faster than it is from agricultural practices-either way the result is excess amounts of nitrogen causing damage to ecosystems.

 

The problem of nitrogen pollution is not restricted to just China, of course, its damaging effects can be seen in both advanced and developing countries and those who study its impact say it's a problem that needs to be taken more seriously and dealt with before it becomes unmanageable.

 

More information: Enhanced nitrogen deposition over China, Nature(2013)

 

China is experiencing intense air pollution caused in large part by anthropogenic emissions of reactive nitrogen. These emissions result in the deposition of atmospheric nitrogen (N) in terrestrial and aquatic ecosystems, with implications for human and ecosystem health, greenhouse gas balances and biological diversity.

 

However, information on the magnitude and environmental impact of N deposition in China is limited. Here we use nationwide data sets on bulk N deposition, plant foliar N and crop N uptake (from long-term unfertilized soils) to evaluate N deposition dynamics and their effect on ecosystems across China between 1980 and 2010.

 

We find that the average annual bulk deposition of N increased by approximately 8kilograms of nitrogen per hectare (P<0.001) between the 1980s (13.2kilograms of nitrogen per hectare) and the 2000s (21.1kilograms of nitrogen per hectare).

 

Nitrogen deposition rates in the industrialized and agriculturally intensified regions of China are as high as the peak levels of deposition in northwestern Europe in the 1980s6, before the introduction of mitigation measures. Nitrogen from ammonium (NH4+) is the dominant form of N in bulk deposition, but the rate of increase is largest for deposition of N from nitrate (NO3-), in agreement with decreased ratios of NH3 to NOx emissions since 1980.

 

We also find that the impact of N deposition on Chinese ecosystems includes significantly increased plant foliar N concentrations in natural and semi-natural (that is, non-agricultural) ecosystems and increased crop N uptake from long-term-unfertilized croplands. China and other economies are facing a continuing challenge to reduce emissions of reactive nitrogen, N deposition and their negative effects on human health and the environment.