Dusík je základní substancí veškerého života na Zemi. Je zapojen do různých cyklů, kterými ekosystémy odpovídají na změnu podmínek životního prostředí.  Takzvaný dusíkový paradox máme zafixován v souvislosti s eutrofizací vod. Ve sladkých vodách totiž dusík limituje eutrofizaci jen výjimečně, poněvadž jeho koncentrace několikanásobně převyšují koncentrace fosforu. Růst koncentrací sloučenin dusíku tedy nevyvolává zvýšenou produkci organické hmoty. Naproti tomu v moři jsou poměry dvou hlavních živin (dusíku a fosforu) opačné.  Limitující živinou je v oceánech a jezerech dusík. Přísun dusíku řekami vyvolává eutrofizaci a nárůst vodních květů v příbřežních zónách Severního a Baltického moře. Odtud pramení požadavek, abychom snížili obsah dusíku v Labi...

 

My se na termín dusíkový paradox podíváme z jiného pohledu. A to v souvislostech, ve kterých začíná být skloňován v zahraničních pramenech.  Jde o oběh dusíku v tropických lesích. Mnohá pozorování týkající se obsahu dusíku v tamní půdě, nehrají do karet zákonu nabídky a poptávky. Rostliny a stromy, schopné opatřit si dusík ze vzduchu, zcela nelogicky prosperují v místech, kde je dusíku v půdě dostatek. A naopak strádají zase tam, kde jsou půdy na dusíkaté živiny chudé a kde by jim jejich schopnost měla poskytnout výhodu.
Vědci z Carnegie Institution nyní prohlásili, že na tento paradox přišli. Vysvětlují ho pomocí dalších dvou faktorů: teploty a dostatku dalšího z klíčových životních prvků – fosforu. Benjamin Houlton a Christopher Field publikovali ještě s dalšími spolupracovníky práci v červnovém čísle  časopisu Nature, ve které záhady okolo fixace vzdušného dusíku vysvětlují.

 

Vzdušný dusík (molekulový), tvořený dvěma úzce svázanými atomy dusíku, tvoří téměř 80% zemské atmosféry. Přesto, že ho je okolo nás tolik, jen několik málo organismů jej dovede v této formě zužitkovat. Fixace dusíku, jak je tento proces nazýván, vyžaduje účast enzymu nitrogenáza. Tento enzym je v majetku některých baktérií. Část z nich žije v celoživotní symbióze na kořenech rostlin. Symbiotický stav je specifický a s konkrétní rostlinou se bratří jen konkrétní baktérie. Takovým rostlinám spolupracující baktérie propůjčují schopnost zabudovávat do svých těl dusík získaný ze vzduchu.
Logicky by zmíněná symbióza a schopnost asimilovat vzdušný dusík, měla poskytovat těmto rostlinám výhodu. Ta by se měla výrazněji projevit v ekosystémech chudých na dostupné zdroje dusíku. Výhoda by se naopak neměla projevit v lokalitách, kde je dostatek humusu, protože fixace dusíku ze vzduchu je energeticky mnohem náročnější, než je jeho získávání ve formě dusičnanových, dusitanových nebo amonných iontů.

Dusíkový paradox v lesních porostech
Mírné pásmo je charakteristické tím, že lesní půda zde dusíkem zrovna neoplývá.  Přesto jsou v lesích mírného pásma rostliny využívající vzdušný dusík vzácné. Naopak je těchto rostlin hodně v nížinách tropických lesů, kde je dusíku habaděj.

Za tuto nelogičnost, jak se zdá, může enzym nitrogenáza. Aktivita tohoto enzymu je značně závislá na teplotě. V praxi to funguje tak, že při nízkých teplotách je na stejný objem zpracovaného vzdušného dusíku potřeba mnohem větší množství enzymu. Protože „výroba“ enzymu je energeticky náročná, výhody pramenící z fixace vzdušného dusíku se v mírném pásmu stírají.  Tím vědci vysvětlují, proč je  v lesích mírného pásma tak malé zastoupení rostlin využívajících vzdušný dusík, přestože jsou tamní půdy na dusík chudé.  

 

V tropických lesích se do úspěšnosti rostlin fixujících vzdušný dusík vliv fosforu také montuje.  Mezi množstvím dusíku v půdě a fosforem byla zjištěna zajímavá souvislost a ta výrazně ovlivňuje zastoupení rostlin v daném ekosystému. Mnohé tropické půdy totiž doslova trpí nedostatkem využitelného fosforu.  Dodávání dusíku do půdy (zprostředkované symbiotickými baktériemi s s oním kouzelným enzymem nitrogenázou), učiní pro rostliny velmi významnou věc – dovolí jim využít obtížně metabolizovatelné sloučeniny fosforu. Právě toto zvýšení fyziologické využitelnosti sloučenin fosforu v půdě dává rostlinám fixujícím vzdušný dusík, onu druhou konkurenční výhodu, která se projevuje  v místech, kde je nedostatek fosforu. Výhodu rostliny mají ale jen za předpokladu  dostatku tepla.
 
Podle Houltona a Fielda, kteří se skladbou rostlin a obsahem živin v půdě zabývali, jakmile začneme brát zmíněné dva faktory (teplotu a obsah fosforu v půdě) do úvahy, je rázem po záhadě. To, co půdoznalci a ekologové nazývají jako „dusíkový paradox“, lze účinky těchto dvou faktorů snadno vysvětlit.
Proč se o tomto poznatku z tropických pralesů zmiňujeme i zde na Oslu? Inu proto, že v souvislosti s rostoucí teplotou se začne i u nás efekt souvisící s oním „dusíkovým paradoxem“ prosazovat větší měrou.  S pomocí těchto znalostí bychom měli být schopni lépe prognózovat co se bude v našich ekosystémech odehrávat. Vyzbrojeni novými poznatky bychom také měli být schopni optimalizovat skladby rostlin a tak ekonomičtěji využívat naše omezené půdní zdroje. A nemělo by se to týkat jen lesů. 

Pramen: Carnegie Institution