Nitrogen er i utgangspunktet et gode.Veksten av alger og planter i hav og p? land er oftest begrenset av tilgangen p? nitrogen. Mer nitrogen gir ?kt produksjon av disse prim?rprodusentene og dermed et ?kt grunnlag for konsumentene, heriblant mennesket. Alt de f?rste kulturer gj?dslet derfor sine avlinger for ? f? ?kt avkastning, selv om det skulle g? lang tid f?r nitrogen var identifisert som et n?kkelelement.
Samtidig som nitrogenet er vekstbegrensende, utgj?r det hele 78 prosent av atmosf?ren. Forklaringen p? dette tilsynelatende paradoks ligger i at atmosf?rens frie nitrogen (N2) ikke er tilgjengelig for hvem som helst. De enzymer som kreves for ? ta opp fritt nitrogen er avhengig av oksygenfrie omgivelser, og det blir dermed en spesiell utfordring ? binde opp dette. De eneste som klarer kunststykket, er enkelte grupper av bakterier i jord og bl?gr?nnbakterier i hav og ferskvann. Dette er n?kkelorganismer som alt annet liv avhenger av. Uten nitrogen, intet protein. Andre organismer, oss selv inkludert, kompletterer syklusen, men bakteriene utgj?r n?kkelleddet i alle prosessene som skissert i Fig. 1.
Hvert ?r bindes n?r ufattelige 100 millioner tonn atmosf?risk nitrogen av disse mikroorganismene. I tillegg omdannes anslagsvis 10 millioner tonn til nitrat (NO3) ved lynutladninger. Dette blir tilgjengelig for planter og siden dyr. Fra denne biomassen frigj?res avfallsstoffer og nedbrytningsprodukter vesentlig med ammonium (NH4) som et forel?pig produkt. Som ammonium er nitrogenet blitt tilgjengelig for en rekke organismer, f?rst og fremst alger, planter og bakterier. Samtidig tilbakef?res nesten den samme mengde til atmosf?ren, og vi har et balansert kretsl?p.
Kretsl?p i ubalanse
Denne historien er ikke helt sann - lenger. For dr?yt 90 ?r siden fant Birkeland og Eyde ut at elektriske utladninger kunne gj?re den samme jobben som lynet, og dermed var grunnsteinen lagt - ikke bare til Hydro, men til den gr?nne revolusjon som skulle gj?re Malthus' sp?dommer til skamme. Kunstgj?dselsindustrien har v?rt en formidabel suksess og mettet tall?se munner, men den har etter hvert bidratt til ? bekrefte de gamle visdomsordene at for mye av det gode ikke er bra.
I 1903, omtrent samtidig med Hydros spede oppstart, startet Henry Ford sitt Ford Incorporated, og serieproduksjon av biler var i gang. Fra denne tid skj?t forbruket av kull og olje fart. Forbrenningsprosesser omdanner ogs? atmosf?rens uskyldige frie nitrogen til reaktive oksiderte tilstandsformer (som NO2 og NO3), og i dag bindes like mye atmosf?risk nitrogen industrielt og ved ulike forbrenningsprosesser som det naturen selv gj?r. Dette er prim?rt et globalt gj?dslingseksperiment. Men som vi skal se, bidrar nitrogen til mer enn gj?dsling.
Alarmerende effekter
Effektene av et nitrogenkretsl?p i ubalanse er mangesidige. Helseeffekter er prim?rt knyttet til NO2 og NO3. Disse skader luftveiene, men spiller framfor alt en rolle ved ? bidra til dannelse av bakken?rt ozon, som er et betydelig helseproblem.
Milj?effektene strekker seg fra atmosf?re til hav. Et mellomprodukt i tilbakef?ringen av fritt N2 er lystgass, N2O (se fig. 1). Denne omdannes ikke fullstendig til fritt nitrogen, og noe av denne potente drivhusgassen forblir i atmosf?ren. Konsentrasjonen av lystgass i atmosf?ren ?ker n? med ca. 0, 25 prosent ?rlig, noe som vil inneb?re en ?kning p? 30 prosent fra f?rindustriell tid til ?r 2030.
Utslippene av ammoniak ?ker ogs? fra en rekke kilder. Direkteutslipp fra kloakk og landbruk er de klart dominerende kildene. Dette vil bidra til ?kt vekst av planktonalger i kystomr?dene, med giftalger og oksygenfrie bunnomr?der som de verste konsekvensene.
Det skjer ogs? en formidabel direkte avgassing av ammonium fra husdyrgj?dsel til atmosf?ren. Nedb?ren over Norge inneholder like mye ammonium som nitrat, og det meste av dette er langtransportert fra mellomeuropeiske husdyrbesetninger. Dette luftb?rne ammonium gir ogs? gj?dsling - og etter hvert overgj?dsling - av vegetasjon p? land og i hav. Planter med beskjedne nitrogenkrav utkonkurreres av mer nitrogenkrevende arter. Videre har ammonium et betydelig potensial for forsuring av jord og vann.
Nitrat (NO3) fra forbrenningsprosesser har mye av de samme effektene som ammonium. Det gir gj?dsling av land og hav, samtidig som det gir et stadig viktigere bidrag til forsuring. Det nitrat som tas opp av vegetasjon og bakterier og lagres i jord, gj?r ingen skade. N?r vi f?r et nitratoverskudd, lekker dette ut og gir i prinsippet akkurat den samme forsurende effekten som svovelnedb?ren.
Dette er et komplekst samspill av prosesser, og nitrogenkretsl?pet er enda mindre oversiktlig enn det fig.1 kan gi inntrykk av. Samtidig er kretsl?pet gjenstand for en serie tilbakekoblingseffekter, hvor klimendringer vil kunne bli en sterk p?driver for en ytterligere forverring av et kretsl?p som allerede er brakt i ubalanse.
Nitrogen fra fjell til fjord
P? bakgrunn av disse mangslungne og til dels dystre scenariene ble det, med Norges forskningsr?d som f?dselshjelper, etablert et akronymfritt, tverrfaglig prosjekt kalt "Nitrogen fra fjell til fjord". I felles regi ble prosjektet gjennomf?rt i perioden 1992-1996 med Norsk Institutt for vannforskning (NIVA), Norsk institutt for luftforskning (NILU), Norsk Institutt for Skogforskning (NISK), Jordforsk og etter hvert Biologisk institutt ved Universitetet i Oslo som deltakere.
To omr?der ble valgt ut. Aulivassdraget i Vestfold (366 km^2) fordi det er et typisk skog- og jordbruksomr?de med relativt lav atmosf?risk nitrogentilf?rsel, men med forventet betydelig nitrogenavrenning fra landbruk. Bjerkreimvassdraget i Rogaland (693 km^2) ble valgt fordi det representerer en helt annen landskapstype, diominert av hei og fjell, med relativt beskjeden landbruksaktivitet, men med h?y atmosf?risk nitrogentilf?rsel (Fig. 2). I hvert av disse to hovedomr?dene ble det etablert egne nedb?rstasjoner og en serie m?lestasjoner ved representative delfelter eller vassdragsavsnitt for ? beregne tilf?rsler, avrenning og nitrogenbudsjett for forskjellige arealtyper. Det ble ogs? foretatt mer detaljerte unders?kelser av nitrogenomsetning i skogsjord, dyrket mark og vann.
Figur 2: Kartet viser nedfall av nitrogen over S?r-Norge. De h?ysete konsentrasjonene er i omr?det omkring Bjerkreimvassdraget.(Illustrasjon: ? NILU, Norsk institutt for luftforskning)
?kt nitrogenlekkasje?
Av prosjektets mer enn 30 000 enkeltanalyser skal bare noen f? hovedpunkter nevnes her. En av bekymringene knyttet til et langvarig, forh?yet nitrogennedfall, er faren fornitrogenmetning. Mens norske elver normalt nesten ikke inneholder reaktivt nitrogen (nitrat og ammonium) i sommerhalv?ret p? grunn av biologisk opptak, viste en rekke av elvene og bekkene i Bjerkreim h?ye nitratverdier ogs? om sommeren. For hei- og fjellomr?der ble det p?vist at opp imot halvparten av den atmosf?riske tilf?rsel av nitrogen renner ut. Dersom dette representerer en ?kt lekkasje av nitrogen fra skog og hei, er det ikke trivielt. For store deler av Norge representerer atmosf?risk nitrogen hovedandelen av alt nitrogen som transporteres til fjorden. S? langt vet vi ikke om dette er naturlig, eller et resultat av flere ti?r med sur nedb?r, h?yt nitrogennedfall og redusert evne hos jordbakterier og vegetasjon til ? ta opp disse store nitrogenmengdene. Under alle omstendigheter betyr det at en betydelig andel av det nitrogen som regner ned over disse skrinne omr?dene, renner til havs og bidrar til forsuring av elver og innsj?er p? sin vei. Det ble ogs? funnet p?fallende lav tilbakeholdelse (retensjon) av nitrogen i elver og innsj?er.
En rekke av elvene og bekkene i Bjerkreim viste h?ye nitratverdier ogs? om sommeren. For hei- og fjellomr?der ble det p?vist at opp imot halvparten av den atmosf?riske tilf?rsel av nitrogen renner ut. Dersom dette representerer en ?kt lekkasje av nitrogen fra skog og hei er det ikke trivielt. Bildet viser heifelt i Bjerkreim. (Foto:Dag Hessen ?)
Bidrag fra jord- og skogbruk
Et annet hovedresultat er det store bidrag fra jordbruk og hvordan driftsformer i b?de skog- og jordbruk er totalt avgj?rende for nitrogenavrenning. Mye av avrenningen kom i form av flommer, der h?y vannf?ring var kombinert med ekstremt h?ye nitratverdier. Mens etablerte skogsfelter knapt gir slipp p? noe nitrogen i vekstsesongen, er det en betydelig nitrogenlekkasje fra hogstfelter.
Forsuringseffekter
Internasjonale avtaler har redusert svovelinnholdet i nedb?r over s?r-Norge med n?r 30 prosent, og dette har gitt positive effekter p? forsuringssituasjonen. pH-niv?et viser n? ?kende tendens i en rekke s?r-norske vassdrag. Samtidig ?ker forsuringsbidraget fra nitrogen, og dette utgj?r n? n?r halvparten av forsuringsbidraget over store deler av s?r- og s?r-vestlandet. Selv om svovel i nedb?ren blir helt fjernet (noe som er utopisk), vil nitrogen likevel s?rge for at t?legrensen for forsuring er overskredet i store arealer. Enhver ?kning i nitratavrenning vil forverre situasjonen. En betydelig reduksjon av nitrogennedfall er derfor p?krevet, men det er ikke gitt om gevinsten er st?rst ved reduksjon av nitrat eller ammonium. I dag utgj?r disse like store andeler i nedb?ren, men som vi har sett, kommer de fra vidt forskjellige kilder. For tiden tas n?r alt ammonium opp i vegetasjonen. Men om dette bildet endrer seg, vil ammonium utgj?re en potensiell "forsuringsbombe".
Avrenning til hav
Et av hovedproblemene knyttet til et nitrogenkretsl?p i ubalanse, er avrenning til hav, med fare for ?kt algevekst. Dette er ikke minst klart i Norge gjennom den debatten vi har hatt om n?dvendigheten av rensing av nitrogenutslipp til Nordsj?en. Norge bidrar med mindre enn to prosent av disse utslippene, men har i likhet med andre Nordsj?land forpliktet seg til 50 prosent reduksjon av de totale utslippene. Dette blir spesielt problematisk n?r en vesentlig andel av nitrogenutslippene kommer fra diffuse tilf?rsler, og spesielt dersom dette skulle ?ke. Basert p? n?ringssaltkonsentrasjoner i kyststr?m kontra elvene, er det klart at Aulielva er en betydelig kilde til lokal algervekst, mens Bjerkreimselva har mindre betydning. Forholdet mellom nitrogen og fosfor (N:P), som kan avgj?re artssammensetning av alger, viser imidlertid et klart m?nster. Elvene p? s?r- og s?rvestlandet har et betydelig h?yere N:P-forhold enn hva man finner i resten av landet.
Klimaendringer og nitrogenavrenning
Reduksjon av nitrogenutslipp erikke lett ? f?r til. I tillegg kommer en rekke momenter som kan bidra til ? ?ke avrenning og forsuringseffekter. Ammonium utgj?r en n?kkelfaktor. Dersom ammoniumopptaket (som i dag er n?r 100 prosent) reduseres, st?r vi overfor et meget alvorlig forsuringsproblem. Enda viktigere kan klimaendringer, kortsiktige eller langsiktige, vise seg ? v?re. En temperaturstigning som f?lge av ?kt drivhuseffekt, vil kunne frigi betydelige mengder av nitrogen som n? er bundet i jordsmonn.
De gjennomgripende, kvantitative endringer vi ser i nitrogenkretsl?pet, er blitt et av de helt store milj?problemene. Dette styres av sentrale samfunnsaktiviteter som energiproduksjon, samferdsel og landbruk og er koblet til andre store milj?problemer som global oppvarming. Nitrogen er i utgangspunktet et gode, ikke et giftstoff. Men de globale utslippene m? reduseres dramatisk i l?pet av f? ?r - og det blir ingen enkel oppgave.
Dag O. Hessen er professor i biologi og avdelingsbestyrer ved Avdeling for limnologi, Biologisk institutt, Universitetet i Oslo.