L’andamento delle precipitazioni aumenta il contributo della deposizione secca di azoto ridotto

npj Climate and Atmospheric Science volume 6, numero articolo: 62 (2023) Citare questo articolo

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Dato il livellamento delle emissioni di azoto ossidato in tutto il mondo, la deposizione atmosferica di azoto ridotto (NHx = NH3 + NH4+) è diventata progressivamente critica, in particolare la deposizione secca, che presenta grandi minacce alla crescita delle piante. Una combinazione di dati storici sulla deposizione di NHx umido misurato e NHx secco modellato in Cina suggerisce che la deposizione di NHx secca è aumentata sostanzialmente (4,50% anno −1, p <0,05) dal 1980. Qui, risultati del modello di trasporto chimico (WRF-EMEP) indicano che la variazione delle emissioni di NH3 non è un fattore dominante che determina un trend in continuo aumento della deposizione secca di NHx, mentre i trend indotti dai cambiamenti climatici nei modelli di precipitazione con piogge leggere meno frequenti ed eventi di pioggia consecutivi più frequenti (con ≥2 giorni di pioggia consecutivi) contribuiscono all’aumento della deposizione secca di NHx. Ciò continuerà a spostare la deposizione di NHx dalla forma umida a quella secca a un tasso dello 0,12 e dello 0,23% anno-1 (p <0,05) per il periodo 2030-2100 in Cina negli scenari RCP4.5 e RCP8.5, rispettivamente. Ulteriori analisi per il Nord America e l’Europa dimostrano risultati simili a quelli della Cina, con un aumento consistente del contributo della deposizione secca di NHx guidato dal cambiamento dei modelli di precipitazione dal ~30% al ~35%. I nostri risultati, quindi, rivelano che il cambiamento dei modelli di precipitazione ha un’influenza crescente sullo spostamento della deposizione di NHx dalla forma umida a quella secca nell’emisfero settentrionale ed evidenziano la necessità di passare da strategie di controllo basate sulla deposizione totale di NHx a controlli più rigorosi delle emissioni di NH3. mirare alla deposizione secca di NHx al fine di mitigare i potenziali impatti ecologici negativi.

La deposizione di azoto, una componente importante del ciclo globale dell’azoto, è raddoppiata negli ultimi 100 anni a livello globale1 e del 60% dal 1980 al 2010 in Cina2, a seguito delle emissioni reattive di azoto associate alla rapida espansione dell’agricoltura e all’aumento della combustione di combustibili fossili3 . Queste specie reattive dell'azoto includono composti ridotti (NHx = NH3 + NH4+) e ossidati (NOy = NOx (NO + NO2) + i suoi prodotti di ossidazione). Considerata la continua riduzione delle emissioni di NOx, la deposizione di NHx è diventata sempre più importante, con il suo contributo che attualmente raggiunge il 60–85% della deposizione totale di azoto negli Stati Uniti e in Europa4,5,6. Una maggiore deposizione di NHx è favorevole alla produzione agricola e alla crescita delle piante nelle regioni con limitazioni di azoto7, mentre la deposizione eccessiva di NHx causa maggiori danni agli ecosistemi sensibili all’azoto, inclusa la perdita di biodiversità globale e l’eutrofizzazione, rispetto alla deposizione di NOy8.

La rimozione di NHx dall'atmosfera può avvenire mediante processi a secco o a umido1,9,10. La deposizione umida avviene principalmente attraverso l'eliminazione di pioggia, nevischio, nebbia, neve e grandine2,11, mentre la deposizione secca avviene tramite trasferimento turbolento verticale sulla superficie terrestre8,9. La deposizione secca di NHx (spesso dominata da NH3 gassosa) è un processo continuo che guida il cambiamento della composizione delle specie vegetali e riduce la copertura e la diversità delle specie molto più rapidamente e infligge maggiori minacce alla crescita delle piante rispetto alla stessa unità di deposizione umida di NHx12,13. Studi precedenti hanno caratterizzato la variazione spaziotemporale e gli effetti ecologici della deposizione di NHx; tuttavia, il focus principale di questi studi è stato sulla deposizione umida di NHx perché è relativamente facile da misurare nelle reti esistenti2,11, mentre la deposizione secca di NHx a lungo termine e su larga scala è stata meno studiata a causa della difficoltà tecnica nel misurare direttamente e monitorare la deposizione secca. È stato riportato che la deposizione secca di NHx è stata una componente critica della deposizione totale di NHx negli ultimi anni14,15. Sulla base di una combinazione di dati storici sulla deposizione umida di NHx basata su misurazioni e dati sulla deposizione secca di NHx basati su modelli, Yu et al.16 hanno suggerito che c'è stato uno spostamento nei contributi relativi della deposizione umida e secca alla deposizione totale di NHx in Cina a partire dal 1980 al 2015; la deposizione umida in precedenza dominava la deposizione totale di NHx, ma il rapporto modellato tra la deposizione di NHx secca e umida (\({R}_{{\rm{NH}}x({\rm{secco/umido})}\)) gradualmente è aumentato dal 1980 al 2015, al punto che la deposizione umida e secca ora hanno un contributo approssimativamente uguale alla deposizione totale di NHx (Fig. 1). Pertanto, c’è un urgente bisogno di comprendere meglio perché la deposizione secca di NHx e \({R}_{{\rm{NH}}x({\rm{dry/wet}})}\) sono aumentate in Cina durante il periodo decenni passati secondo la deposizione modellata, soprattutto quando le emissioni di NH3 sono rimaste stabili dal 200516.