Os serviços dos ecossistemas alterados por mudanças humanas no ciclo do nitrogênio_ uma nova perspectiva para US tomada de decisão - Compton - 2011 - Ecology Letters - Wiley Library

ANLISE E SNTESE

Voc tem livre acesso a este contedo

Os servios dos ecossistemas alterados por mudanas humanas no ciclo donitrognio: uma nova perspectiva para US tomada de deciso

1. Jana E. Compton 1, * ,2. John A. Harrison 2 ,3. Robin L. Dennis 3 ,4. Tara L. Greaver 4 ,5. Brian H. Colina 5 ,6. Stephen J. Jordan 6 ,7. Henry Walker 7 e8. Holly V. Campbell 8

Artigo publicado on-line: 29 de maio de 2011

DOI: 10.1111 / j.1461-0248.2011.01631.x

Publicado 2011 Este artigo um trabalho do Governo dos Estados Unidos e est em domnio pblico nos EUA

Questo

Ecology Letters

Volume 14 , Issue 8 , (/doi/10.1111/ele.2011.14.issue-8/issuetoc) pginas 804-815 , ago 2011

(http://www.altmetric.com/details.php?domain=onlinelibrary.wiley.com&citation_id=208380)

Informaes adicionais

Como citar

Compton, JE, Harrison, JA, Dennis, RL, Greaver, TL, Encosta, BH, Jordnia, SJ, Walker, H. e Campbell, HV (2011), Os servios dos ecossistemas alterados por mudanashumanas no ciclo do nitrognio: uma nova perspectiva para US tomada de deciso. Ecologia Letters, 14: 804-815. doi: 10.1111 / j.1461-0248.2011.01631.x

Informao sobre o autor

1

Agncia de Proteo Ambiental dos EUA (EPA), Nacional de Sade e Efeitos Ambiental Laboratrio, Ecologia Diviso Oeste, a 200 SW 35th St., Corvallis, OR 97333,EUA

2

Escola de Cincias da Terra e do Ambiente, Universidade do Estado de Washington, Vancouver, 14204 NE Salmon Creek Avenue, Vancouver, WA 98686, EUA

3

US EPA, Exposio Laboratrio Nacional de Investigao, 109 TW Alexander Drive, Research Triangle Park, NC 27711, EUA

4

US EPA, Centro Nacional de Avaliao Ambiental, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, Research Triangle Park, NC 27711, EUA

5

US EPA, National Health and Environmental Research Laboratory Effects, Mid-Continent Ecologia Division, Duluth, MN 55804, EUA

6

US EPA, National Health and Environmental Research Laboratory Effects, Golfo Ecologia Division, um Sabine Island Drive, Gulf Breeze, FL 32561, EUA

7

US EPA, National Health and Environmental Research Laboratory Effects, Diviso de Ecologia Atlntico, 27 Tarzwell Drive, Narragansett, RI 02882, EUA

8

Palavras-chave:

A qualidade do ar; servios dos ecossistemas; a sade humana; bem-estar humano; gesto; de azoto; a qualidade da gua

Oregon State University, College of Oceanic and Atmospheric Sciences, Corvallis, OR 97331, EUA

* E-mail: [email protected] (mailto:[email protected]) (mailto:[email protected])

Histrico das publicaes

1. Edio on-line da publicao: 18 de julho de 20112. Artigo publicado on-line: 29 de maio de 20113. Editor, Elsa Cleland Artigo recebido em 5 de Janeiro de 2011 Primeira deciso fez 14 fevereiro de 2011 Manuscrito aceito 21 de abril de 2011

Abstract (/doi/10.1111/j.1461-0248.2011.01631.x/abstract)ArtigoReferncias (/doi/10.1111/j.1461-0248.2011.01631.x/references)Informaes de Suporte (/doi/10.1111/j.1461-0248.2011.01631.x/suppinfo)Citado por (/doi/10.1111/j.1461-0248.2011.01631.x/citedby)

Artigo reforada (HTML) (http://onlinelibrary.wiley.com/enhanced/doi/10.1111/j.1461-0248.2011.01631.x) Obter PDF (466k) (/doi/10.1111/j.1461-0248.2011.01631.x/pdf)

Abstract

1. Incio da pgina2. Abstract3. Introduo4. Definindo uma abordagem de servios ecossistmicos5. Conectando efeitos de nitrognio aos servios dos ecossistemas6. Da teoria prtica: um quadro defensvel contabilidade servio do ecossistema para a tomada de deciso relacionada com N7. Resumo8. Agradecimentos9. Referncias10. Informaes de Suporte

Ecology Letters (2011) 14 : 804-815

AbstractAlterao humana do ciclo do nitrognio (N) produziu benefcios para a sade e bem-estar, mas o excesso de N alterou muitos ecossistemas degradados e do ar e qualidade da gua. US proteo regulamentos mandato doambiente em termos que se conectam diretamente aos servios dos ecossistemas. Aqui, discutimos a cincia efeitos da N quantificar nos principais servios de ecossistema, e comparar os custos de impactos ou mitigaorelacionadas-N utilizando a mtrica de custo por unidade de custos de danos N. prestao de ar limpo, refletidos por respiratrio humano prejudicada sade, esto bem caracterizados e bastante elevado (por exemplo, custos deozono e de partculas danos de US $ 28 por kg NO x N). Danos aos servios associados produtividade, biodiversidade, recreao e gua potvel so menos certas e, embora geralmente mais baixos, esses custos so bastantevariveis (

Figura 1. fontes naturais e antropognicas de 'novo' N para a paisagem para os EUAcontinental. As fontes de dados: Relmpago: ( Galloway et al. 2.004 ; assumida constante),"natural" ou fundo de fixao biolgica do N: ( Bouwman . et al 2009 ), Fertilizantes: (NASSpara 1940, FAOSTAT para 1961-1999), a queima de combustveis fsseis : ( US EPA 1985, 2000; R. Dennis, comunicao pessoal..), fixao agrcola N de legumes: (calculado a partir deFAOSTAT para 1961-1999 e NASS para 1909 e 1919). Anos sem dados foram estimadosutilizando a interpolao linear.

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Tabela 1. Servios de Ecossistemas e humanos benefcios afetados pelo aumento N

Servio deEcossistema

Impactosobrebenefcio Mecanismo de impacto

Produo dealimentos emateriais

+ O aumento da produo e da qualidade nutricional das culturas alimentares

+ Aumento da produo de materiais de construo e fibras para roupas ou papel

- Estimulao da formao de ozono, que por sua vez pode reduzir produo agrcola e madeira

- A acidificao dos solos, desequilbrios nutricionais e composio de espcies alterada e diversidade dasflorestas e outros ecossistemas naturais, que em ltima anlise afetar a estabilidade e resistncia a doenas,espcies invasoras e fogo

A produo decombustveis

+ O aumento do uso de combustveis fsseis para melhorar a sade humana eo bem-estar em todo o mundo

+/- Entradas de N aumentou necessrios para algumas culturas de biocombustveis pode afetar outros servios

Ar limpo - NO x -Driven aumentos de oznio e partculas agravar problemas respiratrios e cardacos

- Produo de plen alergnico Maior

gua potvel - Concentraes de nitrato aumentou a vantagem para sndrome, certos tipos de cncer azul-beb

- O aumento da acidificao e mobilidade dos metais pesados e alumnio

Natao - A estimulao da proliferao de algas txicas que liberam neurotoxinas (interao com fsforo)

- O aumento de doenas transmitidas por vetores, como vrus do Nilo Ocidental, a malria ea clera

Pesca + O aumento da produo de peixe e de captura de algumas guas costeiras muito N-limitado

- O aumento da hipxia e proliferao de algas nocivas nas zonas costeiras, o encerramento de peixes emoluscos colheitas

- Reduzido nmero e espcie de pesca recreativa de acidificao e eutrofizao

Caminhadas - Altered biodiversidade, a sade ea estabilidade dos ecossistemas naturais

Regulao doclima

+/- Impactos variveis e dependentes do sistema em rede CO 2 troca

- Estimulao do N 2 O de produo, um poderoso gs de efeito estufa

Regulao UV - Maior N 2 O lanamento, que tem um forte potencial de destruio do ozono

Visibilidade - Aumento NO x no ar estimula a formao de partculas, fumaa e neblina regionais

Os valoresculturais eespirituais

- Biodiversidade alteradas, teias alimentares, habitat e composio de espcies dos ecossistemas naturais

- Danos em edifcios e estruturas de cidos

+/- Transporte transfronteirio N longo alcance e associados efeitos (positivos e negativos)

Uma razo que N particularmente irritante de um ponto de vista regulamentar e gesto a complexidade do ciclo de N bioqumico e os seus efeitos ambientais. Uma vez fixada a partir da atmosfera, uma nica molcula de N muitas vezes utilizada e transformada vrias vezes, antes de ser removido da circulao atravs de armazenamento a longo prazo ou a desnitrificao, ampliando o impacto de fixao N antropognico na sistemas naturais ( Figura 2. ;Galloway et al. 2003 ). O Comit de Avaliao Ecossistmica do Milnio (MA) (2005) destacou que a compreenso das vantagens e desvantagens inerentes no controle desta classe de poluente ambiental um dos principais desafiosa serem enfrentados no sculo 21. Poluentes como N representam um desafio para sistemas de regulao de poluio tradicional, porque (1) efeitos no so principalmente devido toxicidade direta, mas sim de mudanas na estruturae funo, ecossistema, alguns dos quais poderiam ser vistos como benficos, (2) os efeitos atravessar mediao tradicional limites regulamentares especficas (por exemplo, um tomo de N pode causar efeitos regulados tanto pela Leide US Clean Air Act e da gua limpa), (3) o poluente pode ser convertida de uma forma qumica para outra, cada qual com diferentes efeitos e (4 ) sensibilidade a poluentes varia de um lugar para outro de tal forma que um ar fixo oupadro de qualidade de gua podem no se aplicar em todos os lugares dependendo das caractersticas do ecossistema. Por exemplo, N, fsforo e outros nutrientes, por vezes, podem actuar em conjunto, sequencialmente ou

Figura 2. A cascata de azoto. Modificado de J. Galloway, pers. comm .; Crditos das fotos J.Compton ou http://intranet.epa.gov/media/phototopics.htm(http://intranet.epa.gov/media/phototopics.htm) . (http://intranet.epa.gov/media/phototopics.htm)


Figura 3. Diagrama das conexes entre entradas reativas de nitrognio, os servios dosecossistemas e os benefcios para as pessoas. Limpar caixas indicam sistemas ecolgicos; cinzasombreada caixas representam sistemas humanos. EPF = funo de produo ecolgica, EVF =funo de avaliao ecolgica.


simultaneamente, para limitar a produo primria. Para complicar ainda mais a imagem o fato de que o enriquecimento de nutrientes pode levar a ambas as mudanas desejveis e indesejveis para a sade humana eo bem-estar. Acomplexidade dos efeitos N necessita de uma perspectiva que considera os efeitos positivos e negativos deste tipo de poluente. Uma abordagem que examina os servios dos ecossistemas eo bem-estar humano poderia se concentrar eaumentar as abordagens mais tradicionais, que tiveram sucesso limitado e nos deixou com contnuos problemas de nutrientes ( US EPA 2009 ).

Os objetivos deste trabalho so: (1) analisar o estado da cincia conectar crescente N aos servios dos ecossistemas, (2) identificar as pesquisas disponveis e necessrios para uma abordagem ecossistmica da gesto de servios de N,e (3) comparar os custos dos danos N com os custos de mitigao, recuperao e reposio. Muitos comentrios tm explorado os efeitos da crescente N em ecossistemas terrestres e aquticos, e nosso objetivo no repetir essesesforos. Em vez disso, investigamos como conectar as mudanas na estrutura e funo do ecossistema diretamente aos servios prestados pelos ecossistemas; em especial os servios que tm consequncias mais diretas para obenefcio humano e bem-estar. Tabela 1 ilustra os efeitos qualitativos de N sobre os processos e servios ecossistmicos. Alm de analisar a cincia, que fornecem uma base racional para considerar os servios dos ecossistemas nasdecises de gesto e de poltica ambiental, e identificar o conhecimento necessrio para a construo de uma estrutura baseada em servios de ecossistemas que iria informar gesto mais eficiente N. Informaes sobre custos desenhada de todo o mundo (por exemplo, van Grinsven et al. 2.010 ), mas focamos a nossa anlise sobre as conexes com as polticas e aes dos EUA. Apresentam-se os dados de custo em dlares de 2008 como observado; casocontrrio, os dados so apresentados como se encontra (no ajustados pela inflao). Por fim, construir sobre o trabalho na Baa de Chesapeake, que aplicou esse quadro para examinar os custos dos danos do excesso de N ( Birch etal. 2.011 ), a fim de se aproximar de uma melhor quantificao da magnitude relativa dos custos dos danos ao ecossistema servios e bem-estar humano e os custos para reduzir a poluio N.

Definindo uma abordagem de servios ecossistmicos


Simplificando, os servios ecossistmicos so os aspectos da natureza que beneficiam as pessoas. Dirio (1997) define os servios do ecossistema como as condies e processos atravs dos quais os ecossistemas naturais e dasespcies neles sustentar e cumprir a vida humana ou tm potencial para faz-lo no futuro. ' O Ecossistema Conselho Millennium Assessment (MA) (2005) servios divididos em servios de proviso, servios de apoio, servios deregulao e servios culturais. Outros tm refinado esta definio para melhorar a aplicabilidade dos servios dos ecossistemas para a tomada de deciso, como sadas de funes ecolgicas ou processos que diretamente ('serviosfinais ecossistema') ou indiretamente ("servios dos ecossistemas intermedirios ') se relacionam com o bem-estar humano ( Fisher et ai. 2,009 ). Para os fins deste artigo, definimos uma abordagem servios ecossistmicos como ligarbenefcios humanos na estrutura e funo ecolgica, permitindo a quantificao dos impactos positivos e negativos das decises, sendo to integrativa e completa quanto possvel, quantificar o alcance dos impactos, incluindo umcomponente de avaliao econmica.

A Figura 3 ilustra as ligaes entre as fontes de N, N ciclismo, os servios dos ecossistemas e os benefcios para as pessoas. Outros j revisou os efeitos do aumento de N na biosfera sobre a estrutura e funo do ecossistema, porexemplo ciclismo de nutrientes, produo vegetal, produo de gs de efeito estufa, pragas / patgenos, habitat e da biodiversidade ( Vitousek et al. 1.997 ; Driscoll et al. 2.003 ). Por sua vez, muitos dos efeitos na estrutura e funoalterar a produo dos servios dos ecossistemas, tais como o fornecimento de alimentos, ar puro, gua limpa e materiais, a regulao do clima e proteo UV, prestao de habitat e da biodiversidade para o lazer e bem-estar humanoser. As mudanas nos servios dos ecossistemas alterar os benefcios para as pessoas, influenciando de ar para respirar, a visibilidade, a esttica, a gua para beber e para uma srie de outros servios.

Apesar de um crescente foco no capital natural dos ecossistemas relacionados s necessidades humanas ( Costanza et al. 1.997 ; Boyd e Banzhaf 2007 ), existem alguns exemplos de estruturas contbeis cientificamente defensveis que podem ligar capital natural para a tomada de deciso ( Dirio et al. 2.009 ; Jordan et al. 2,010 ). Acreditamos que o conceito de servios dos ecossistemas pode ser aplicada de forma eficaz para decises em torno poluentes comoN por causa de semelhanas entre objectivos de regulao e servios ecossistmicos. Os regulamentos atuais relacionados ao N no endereo ar e da gua os efeitos no "bem-estar pblico", no caso de o Clean Air Act (1970) e "usodesignado 'no caso da Lei da gua Limpa (1972). Ambos os conceitos identificar os atributos dos ecossistemas que devem ser protegidos para o bem pblico. Embora os estatutos anteriores utilizao e definies do termo comum"servios dos ecossistemas", eles implicam um conceito similar. O Clean Air Act foi criado para proteger o meio ambiente contra a poluio do ar, incluindo efeitos adversos sobre 'solos, gua, plantas, vegetao, materiais sintticos,animais, selvagens, tempo, visibilidade e clima, danos e deteriorao de bens, e perigos ao transporte "(302H seo, Clean Air Act 1970). Os objetivos da Lei da gua Limpa so para restaurar e manter a qumica, fsica e integridadebiolgica de guas "da nao que dispe sobre a proteo e propagao de peixes, crustceos e animais selvagens e prev recreao e na water'- frequentemente referenciada como a exigncia de que as guas estar (Clean Water Act1972) 'fishable' e 'no era para nadar ". Estes estatutos que descrevem o uso designado e bem-estar pblico j existem h 40 anos, mas a cincia que liga pesquisas ecolgicas, em termos de prestao de servios dos ecossistemas, e asdemandas humanas por servios ambientais relativamente novo.

Nesta reviso, ns argumentamos que, a fim de gerenciar N otimizada e eficiente, necessria uma abordagem que permite que os tomadores de deciso para avaliar os efeitos da mudana de gesto de N em uma gama de serviosecossistmicos. Ns revisamos a cincia existente conectando servios N e dos ecossistemas, e determinar quais informaes esto disponveis e que ainda necessrio para realizar tal abordagem.

Conectando efeitos de nitrognio aos servios dos ecossistemas

1. Incio da pgina2. Abstract3. Introduo

14. Definindo uma abordagem de servios ecossistmicos5. Conectando efeitos de nitrognio aos servios dos ecossistemas6. Da teoria prtica: um quadro defensvel contabilidade servio do ecossistema para a tomada de deciso relacionada com N7. Resumo8. Agradecimentos9. Referncias10. Informaes de Suporte

Os trabalhos anteriores concluram que a cincia avaliar a conexo entre drivers especficos e servios especficos limitado ( Carpenter et al. 2.009 ; Norgaard 2010 ). Nesta seo, ns conectamos o trabalho existente sobremudanas N-driven na estrutura e funo do ecossistema com servios ecossistmicos. Principais exigncias que devem ser cumpridas para que um quadro contabilstico eficaz a ser desenvolvidas e implementadas incluem:

Funes de produo ecolgicos que ligam quantitativamente processos ecolgicos para uma gama completa de servios de ecossistemas e os benefcioshumanos ( Fig. 4 ).

2 Os servios dos ecossistemas funes de avaliao que defensivamente atribuem valor aos custos dos danos por unidade de N e os custos de reduo,restaurao ou substituio ( Tabela 2 ).

3 Os mtodos de monitoramento e inventrio que rapidamente e defensivamente acompanhar o status dos servios dos ecossistemas no ar, na terra e na gua.

4 O conhecimento sobre como os efeitos de nitrognio ir interagir com outras mudanas previstas, como o uso da terra, as populaes humanas e as alteraesclimticas.

Figura ure 4 . funes de produo ecolgicos que ligam os servios de nitrognio e dosecossistemas (lagos cristalinos limiar crtico para mudanas em algas - Baro 2006 , ocrescimento da floresta Nordeste - Thomas et al. 2.010 ; Magill et al. 2.004 ; produo de peixes -Breitburg . et al 2009 ) . As linhas pontilhadas representam deposio atmosfrica de N cargas.


Tabela 2. custos dos danos da cascata de N por unidade de N. Veja Fig. 2 para ligao aos mecanismos da cascata N

Mecanismo em cascata Efeito sobre serviosCustou US $kg -1 N

Os valoresmonetrios

NE, nenhuma estimativa amarrado a N carregamento; PM, partculas em suspenso; HABs, proliferao de algas nocivas;SAV, vegetao aqutica submersa.

PM e os efeitos do ozonotroposfrico

Visibilidade reduzida 0,31 dlares Birch et al. (2011)

Custos de NO para a sade humana x $ 23,07 Birch et al. (2011)

Custos de NH sade humana y $ 1,30-8,56 Birch et al. (2011)

Declnios de culturas de oznio $ 1,51 Birch et al. (2011)

Floresta declina de oznio $ 0,89 Birch et al. (2011)

Efeitos do oznioestratosfrico (N 2 O)

UV dano - o cncer de pele e catarata, a produo agrcola,polmeros, gua, corais

$ 1,33 Este papel

Efeitos de gases de efeitoestufa (N 2 O)

Danos esperados da mudana do clima $ 1,24-3,10 Kusiima & Powers(2010)

Acidificao Terrestrial Danos a edifcios 0,09 dlares Birch et al. (2011)

Danos aos produtos da floresta NE

Freshwater acidificao Declnio na pesca recreativa NE

Declnio em esttica e valor de lagos, crregos NE

Freshwater eutrofizao Valores de propriedade Lake Waterfront Reduo

Na seo seguinte, vamos nos concentrar em vrios (mas no todos) os servios dos ecossistemas-chave que apontam diretamente para a gesto de N no ambiente: (1) produo de alimentos, combustvel e fibras, (2) a regulao doclima, (3) a manuteno da sade humana e (4) manuteno da biodiversidade e esttica. Para cada servio do ecossistema, podemos avaliar se existe informao suficiente para construir uma funo de produo ecolgica adequada(a relao entre biofsico ecossistemas e servios; Dirio et al. 2.009 ). Revisamos tambm tenta examinar os benefcios e custos de N aumenta em cada servio. Tipos de custos econmicos que N enriquecimento pode incorrerincluem mitigao, dano, reparao e substituio de custos ( Moomaw & Birch 2005 ). Outros argumentaram que o valor monetrio no deve ser a nica mtrica de servios dos ecossistemas dentro de uma estrutura defensiva, emparte, porque ns ainda no temos abordagens para dar valor monetrio a todos os servios relevantes ( Toman 1998 ), e, portanto, esse quadro seria incompleto ( Norgaard 2010 ). Sustentamos que a valorao econmica til porque de fcil compreenso pela sociedade e uma unidade comum que permite a simples empilhamento de servios quando se comparam as opes de gesto ( Dodds et al. 2.009 ; Birch et al. 2.011 ). Identificamos dados disponveis,que poderiam apoiar uma abordagem ecossistmica da gesto de servios N, bem como as lacunas de conhecimento crticos que poderiam impedir de fazer as conexes teis entre os processos do ecossistema, os servios dosecossistemas e avaliao de tais servios. Montamos informaes de custo quando disponvel como o custo por unidade mtrica N, que cada vez mais disponveis a partir de uma srie de estudos recentes ( Kusiima & Powers 2010 ;Birch et al. 2.011 ). Se os custos por unidade de N no estavam disponveis, mas tivemos custos totais de dano, calculamos essa mtrica com base nos custos totais de dano (do apndice S1) dividido por N fluxos para as partesafetadas do ecossistema. Finalmente, aplicar e comparar essas estimativas de custo dentro de um quadro contabilstico exemplo para ilustrar como ele pode informar as decises.

N produo e alimentos, combustvel e fibraUm conjunto de servios do ecossistema que tem sido bastante reforada pela adio de N ao meio ambiente comida, combustvel e produo de fibras. Uma vez que ecossistemas so muitas vezes limitados pela disponibilidade deN, N adies solos e guas superficiais pode marcadamente aumentar a produo biolgica nesses sistemas. No sculo passado, a produo agrcola intensiva j teve um grande aumento na nutrio humana e bem-estar, em grandeparte como resultado da inveno e grande escala implementao do processo Haber-Bosch para fixao de N ( Galloway et al. 2.008 ). O desenvolvimento eo uso acelerado de fertilizantes nitrogenados tem impulsionado grandesaumentos na produo de alimentos para seres humanos e animais nas naes ricas, e mudou o equilbrio entre desnutrio e uma dieta adequada para um grande nmero de pessoas nos pases em desenvolvimento ( Smil 2002 ).Aumentos de fertilizantes base de N e prticas agrcolas modernas tm mais do que dobrou o nmero de pessoas que foram alimentados a partir de um hectare de terra agrcola gerida com resduos orgnicos e N 2 -fixers no incio de1900 ( Evans 1980 ; Smil 2002 ).

As grandes vantagens da adubao nitrogenada sobre a produo alimentar e materiais so bem conhecidos, especialmente para a agricultura, mas os danos a esses servios causadas pela crescente N no ambiente no so bemcompreendidos. Vrios estudos tm quantificado os custos dos danos de N na produo de alimentos e fibras. Na Tabela 2 , vamos nos concentrar em avaliaes de danos ou benefcios associados mitigao, uma vez que os custosde reparao e de substituio s agora esto se tornando disponveis para muitos sistemas (por exemplo, Jenkins et al. 2.010 ; Birch et al. 2.011 ). Uma das anlises nacionais mais completas de efeitos N analisou as consequnciasdas polticas de controle de poluio do ar nos EUA ( Castanha & Mills 2005 ). As emisses de xidos de N e S levou acidificao e danos materiais que custam c . 133 milhes dlares anualmente antes de o Programa de Chuvacida EUA, 1990 Clean Air Act alteraes ( Castanha & Mills 2005 ). Os xidos de nitrognio tambm contribuir para a formao de ozono na troposfera, o que pode reduzir a colheita e produo florestal de uma forma que poderiacompensar quaisquer efeitos fertilizao, particularmente em reas onde N carregamento j elevado. Reduo do oznio projetadas para resultar da dcada de 1990 Clean Air Act alteraes foram estimados para fornecer umbenefcio total anual de US indstria madeireira do comercial de cerca de US $ 800 milhes, e melhores rendimentos foram estimados para beneficiar produtores de culturas de gros em US $ 700 milhes em 2010 ( Castanha & Mills2005 ). Aumentos de N tambm danos UV combustvel para produo agrcola, das pescas e corais, j que N 2 O atualmente o mais importante contribuinte para a degradao do oznio estratosfrico ( Ravishankara et al. 2.009 ).Discutimos danos UV mais adiante na seo sobre a sade humana.

Em ecossistemas aquticos, aumentando a sua carga pode estimular a produo, particularmente nos esturios e guas costeiras, com efeitos mistos. Em baixa carga N, a pesca pode ser limitada por N, enquanto que o aumento de Ncargas pode levar eutrofizao, hipoxia, anoxia e com o potencial de reduzir a produo de peixe ( Figura 2. ; Breitburg . et al 2009 ). Alm disso, a convenincia de uma maior produo de qualquer espcie bastante varivel: porexemplo, uma maior produo de algas poderia levar a mortandade de peixes; N carga atmosfrica poderia estimular a produo de espcies indesejveis ou exticas (por exemplo Suding et al. 2,004 ), levando a perguntas sobrecomo os vrios aumentos de produo deve ser valorizado. Apesar destas complexidades, uma maior compreenso de como valorizar os benefcios lquidos ou detrimentos de N carga ao ambiente contribuiria significativamente parao nosso entendimento e capacidade de implementar uma abordagem de servios de ecossistema para a gesto do meio ambiente e dos recursos naturais.

Floraes de algas nocivas (HABs) e mortandade de peixes ligados a N ou outros nutrientes tm causado perdas significativas para a indstria de frutos do mar. Whitehead et al. (2003) estimou que o excedente do consumidor perdidodevido a uma dinoflagelados ( Pfiesteria sp.) mortandade de peixes relacionado entre 37.000 mil dlares e US $ 72 milhes em ms seguinte a mortandade de peixes. Jordan et al. (no publ. dados) fornecer uma estimativa maisabrangente dos custos dos danos da eutrofizao sobre a produo da pesca atravs da estimativa do dano pesca atravs de redues na rea de vegetao aqutica submersa (SAV), juntamente Mobile Bay (Costa do Golfo dosEUA) . Eles estimam que a perda de 20% do custo do dano SAV em 2008 dlares para a pesca do camaro e caranguejo combinados $ 764 ha -1 ano -1 por unidade SAV habitat. Usando uma funo de resposta emprica dosimpactos da N carga sobre extenso SAV ( Latimer & Rego 2010 ), uma perda de 20% no SAV devido a N teria um impacto sobre caranguejo e marisco produo de c . US $ 56 por kg N (S. Jordan, pers. Pess.). A produo decamares e caranguejos nos esturios do Golfo grande e sensvel perda de habitat ( Jordan et al. 2.009 ), e danos a esta pescaria valioso um dos mais altos per kg N danos ns identificados ( Tabela 2 ).

N e regulao do climaAzoto desempenha um papel fundamental na manuteno de um ambiente estvel, um servio de regulao ecossistema fundamental, ao influenciar a produo de vrios gases com efeito de estufa (N 2 O, CO 2 e CH 4 ) e atravs doseu papel como um mediador de produo de aerossol. Alterao humana do ciclo N afeta o sistema climtico da Terra por meio das vias diretas e indiretas. Disponibilidade de nitrognio fornece uma restrio fundamental sobre ocrescimento das plantas e net CO 2 captao em grande parte do mundo, agora, e em resposta crescente atmosfera de CO 2 concentraes no futuro ( Hungate et al. 2.003 ). Como discutido acima, n entradas da deposioatmosfrica pode aumentar as taxas de crescimento da planta e pode ser responsvel por uma frao significativa da atual captao C terrestre em alguns sistemas ( Liu & Greaver 2009 ; Thomas et al. 2.010 ). Alm disso, a adio deN para alguns solos pode inibir a decomposio, retardando liberao de CO 2 para a atmosfera e levando a um aumento no estoque de C do solo ( Janssens & Luyssaert 2009 ).

No entanto, os benefcios lquidos de gases com efeito de armazenamento C por alguns ecossistemas podem ser um pouco atenuada pela produo de outros gases de efeito estufa. Em uma meta-anlise, adies de nitrognio foramencontrados para estimular CH 4 produo, diminuir CH 4 a absoro e aumentar a N 2 O de produo ( Liu & Greaver 2009 ). Atmosfrica N 2 O concentraes esto aumentando rapidamente em resposta a N enriquecimento desistemas terrestres e aquticos, e so atualmente 16% maior do que durante o perodo pr-industrial ( Forster et al. 2.007 ). Devido ao elevado potencial de aquecimento por molcula, pequenas mudanas em N 2 O concentraes tmum efeito desproporcional sobre o sistema climtico. N enriquecimento aumenta directamente N 2 O, estimulando a produo de nitrificao, a oxidao de amnio para nitrato de ( Robertson & Tiedje 1987 ) e desnitrificao (Seitzinger et al. 2,006 ). N 2 O um subproduto de ambas estas transformaes mediadas por microorganismos. Disponibilidade de azoto tambm afecta a velocidade de N 2 O produo, quer aumentando a taxa global de cadaprocesso de transformao do N e afectando a fraco de nitrificao ou desnitrificao que produz N 2 O, em vez de nitrato ou N 2 ( Beauchamp 1997 ). O efeito lquido de N enriquecimento em CH 4 emisses uma funo deprocessos concorrentes. Atmosfricas NO x e ozono resultante manter concentraes elevadas de hidroxilo na atmosfera, o qual serve para remover o CH atmosfrico 4 ( Isaksen et al. 2,009 ). E em solos anaerbios, uma abundnciade nitrato pode diminuir as taxas de CH 4 , aumentando a produo de solos e sedimentos potencial redox ( Reay & Nedwell 2004 ).

O nitrognio tambm influencia o sistema climtico atravs da sua ligao ao oznio. Na baixa atmosfera, N desempenha um papel fundamental na produo de ozono troposfrico ( Skalska et al. 2.010 ). Por sua vez, o oznio afeta osistema climtico diretamente, agindo como um gs de efeito estufa com aproximadamente o dobro do efeito clima de N 2 O ( Forster et al. 2.007 ), e indiretamente atravs de efeitos sobre a fotossntese e sua absoro pelas plantasde CO atmosfrico 2 . Danos s plantas de oznio, como discutido anteriormente na seo sobre a produo, tambm pode diminuir a absoro de CO atmosfrico 2 em at 14-23% ( Sitch et al. 2,007 ), levando a mais CO 2 -drivenaquecimento.

Alm de afetar o equilbrio de gases de efeito estufa na atmosfera, a produo de NO x e NH y aumenta as concentraes de aerossis atmosfricos, que alm de seus efeitos negativos sobre a sade podem fornecer resfriamentosubstancial, tanto diretamente (devido a alta refletividade) e indiretamente ( por mediar a formao de nuvem). Aerossis de sulfato e nitrato de aerossis agir de forma semelhante nestes processos, com a funo de aerossis nitratodever aumentar no futuro ( Adams et al. 2,001 ).

A influncia da reativo N continua na atmosfera superior, onde o oznio age para fornecer uma pequena quantidade de resfriamento. Nesta poro da atmosfera, N 2 O, atualmente, o contribuinte mais importante para a repartio dooznio estratosfrico, tanto agora como no projees futuras ( Ravishankara et al. 2.009 ). Aes regulatrias resultou a produo de CFCs que anteriormente estavam o condutor dominante da destruio da camada de oznioestratosfrico protetor, mas N 2 O de produo continuou a aumentar. Assim, N 2 O atualmente o condutor dominante e em grande parte no regulamentada de danos relacionados com UV para os ecossistemas ea sade humana. Osbenefcios globais do Protocolo de Montreal para a reduo do uso de produtos qumicos que destroem o oznio foi estimada em 300,000 milhes dlares (2.008 dlares) para o perodo 1987-2060, e isso no inclui os benefcios paraa sade humana, tais como 333.500 mortes por cncer de pele evitado ( Smith et al. 1997a, b ). Ns no fomos capazes de obter custos de danos aos servios individuais, mas os danos UV coletivas associadas com CFCs soestimados em 49.669 dlares por tonelada mtrica ( Talberth et al. 2.006 ). O potencial de destruio do ozono de N 2 O c . 0,017 em relao ao CFC ( Ravishankara et al. 2,009 ) assim danos seria 844 dlares por tonelada mtricade N 2 O. Com base nesses valores, os danos relacionados UV potenciais relacionados com N 2 O de produo nos EUA so c . $ 1,33 kg

-1 N 2 O-N.

Claramente N tem o potencial de modular a servio do ecossistema de regulao do clima. No entanto, a importncia relativa dos diversos efeitos de N sobre o clima mal compreendida, assim como as interaes entre os efeitos.Birch et al. (2011) no foram capazes de encontrar funes de valorao econmica de rentabilizar os efeitos do N sobre gases de efeito estufa e regulao do clima na sua A anlise dos efeitos da deciso sobre o gerenciamento de Nna bacia da baa de Chesapeake. Recentemente, Kusiima & Powers (2010) identificou vrios esforos para proporcionar valores preliminares dos impactos esperados de gases de efeito estufa de c . $ 4-10 por tonelada de CO 2 , oequivalente a US $ 1,2-3,1 kg por N.

Mais pesquisas so claramente necessrias para elucidar interaes entre N enriquecimento e clima em mltiplas escalas e em vrios sistemas. A fim de implementar uma abordagem de servios de ecossistema para a gesto N no quediz respeito s influncias climticas, seria preciso entender a magnitude relativa de diferentes efeitos de N no sistema climtico, bem como obter uma compreenso das interaces entre os vrios efeitos de N, mecanismos defeedback dominantes e limites. Alm disso, seria preciso uma forma de valorizar o clima regular propriedades de N de uma maneira que tornou possvel comparar o valor de tais servios para o valor de outros servios ecossistmicosrelacionados-N. Considere as implicaes lquidas de gases estufa dos esforos de reduo de nitrognio. Wetland e restaurao ciliar pode ser conduzida de forma a reduzir a carga de nutrientes ea eutrofizao das guas desuperfcie, mas essas atividades tm o benefcio adicional de sequestro de carbono e substancial do custo de produo de gs de efeito estufa adicional (CH 4 e N 2 O). Jenkins et al . (2010) determinou que os mercados existentesproduzir uma estimativa de US $ 70 ha -1 para as zonas hmidas no vale aluvial do rio Mississippi (EUA), mas quando contabilizados os benefcios adicionais, tais como a mitigao de nitrognio, aves aquticas de lazer e outrosservios de valor, a estimativa do valor das zonas hmidas subiu para $ 1035 ha -1 . Um quadro que inclua uma contabilidade completa de estratgias de reduo de N diferentes e benefcios lquidos permitiria uma gesto maisotimizada e eficiente N.

N e manuteno da sade humanaEnormes benefcios para a sade humana eo bem-estar resultaram directa ou indirectamente de alterao humana do ciclo de N, especialmente em termos de nutrio, materiais (por exemplo, madeira, papel, tecido), e fornecimento decalor, luz e transporte. Muitos destes impactos positivos so bastante evidentes, e pode ser rastreado atravs de indicadores econmicos. No entanto, quando N transportado na direo do vento ea jusante dos locais onde a suautilizao principalmente benfico para os seres humanos, ela pode se tornar um perigo para a sade humana ( Townsend et al. 2.003 ). Esses impactos negativos so mais difceis de controlar e no se correlacionam com osbenefcios ( Raudsepp-Hearne et al. 2.010 ). Na atmosfera, o NO x um importante precursor do oznio troposfrico e partculas, o que pode aumentar as taxas de asma e outros problemas respiratrios, especialmente em crianas eoutras populaes vulnerveis ( Delucchi 2000 ).

O fornecimento de gua limpa para beber e outros usos domsticos um servio do ecossistema chave, e, infelizmente, contaminao por nitratos na gua potvel um problema crescente nos EUA. O nmero de violaes beber guado padro de nitrato em poos de gua potvel da comunidade aumentou de c . 650-1200, entre 1998 e 2008 ( US EPA 2009 ). O excesso de nitrato na gua potvel tem sido associado a uma srie de doenas, incluindo a sndrome dobeb azul e vrios tipos de cnceres ( Townsend et al. 2.003 ; Ward . et al 2005 ), embora no haja discordncia na literatura sobre estes pontos ( Powlson et ai. 2,008 ). Comunidades em todo o EUA esto lidando com contaminaopor nitrato na gua potvel, e fazer escolhas entre substituio, tratamento e preveno. Muitas dessas escolhas sero baseadas em custos e compensaes entre os servios dos ecossistemas.

Alm dos efeitos de N enriquecimento do ar e da gua potvel direto, o excesso de N em guas superficiais tambm podem ter efeitos indiretos sobre a sade humana, atravs, por exemplo, a estimulao da HABs que produzemtoxinas ( Camargo & Alonso 2006 ), surtos de patgenos perigosos, como Cryptosporidium , ou simplesmente desagradveis odores e sabores que so caros para remover. H tambm alguma sugesto de que N enriquecimento podeexacerbar patgenos, como vrus do Nilo Ocidental, alrgenos de plen, coceira do nadador, malria e clera ( Townsend et al. 2.003 ; Johnson et al. 2.010 ). Mesmo quando as concentraes de nitratos esto abaixo da EPA US beberpadro de gua (10 mg de nitrato-N L -1 ), nitrato e eutrofizao pode aumentar os custos de tratamento de gua potvel. Alguns processos de tratamento destinadas a remover os produtos de eutrofizao pode introduzir subprodutosnocivos para a gua potvel ( Cooke & Kennedy 2001 ).

Os custos de problemas de sade humana relacionados com a N foram avaliadas numa srie de estudos. Em uma reviso detalhada da avaliao dos regulamentos de qualidade do ar para os seres humanos e os ecossistemas, amortalidade e as doenas associadas a formas de N reativas como precursores de PM e oznio foram os mais substancial dos efeitos medidos ( Tabela 3 ; Castanha & Mills 2005 ). Uma srie de estudos nos EUA e da UE tm tambmanalisou o custo de NO x e NH y efeitos sobre a sade respiratria; mais recentemente, o projeto ExternE determinou os impactos sobre a sade de reativo N no ar em US $ 28 por kg de NO x N e US $ 16 por kg NH 3 -N ( Bickel &Friedrich 2005 ). Os impactos sobre a sade de NH 3 -compostos so incertos, e os custos poderiam ser mais baixos ( van Grinsven et al. 2.010 ). Estes valores so semelhantes s estimativas utilizadas na avaliao de ChesapeakeBay N ( Tabela 2 ; Birch et al. 2.011 ).

Tabela 3. custos de reduo de reduo de nitrognio a partir de vrias fontes individuais e de projectos integrados. Para efeito decomparao, o preo do fertilizante nitrogenado foi c . 0,44 dlar por kg de N (1980-2000) e em 2008 foi c . $ 1,21 por kg de N (Bruulsema & Murrell 2008 )

Custo$ Kg -1

N Localizao Referncia

NE = nenhuma estimativa.

Por fonte

Concessionrias de energia eltrica / NO x $ 4,80 Chesapeake Bay, EUA Birch et al. (2011)

Industrial / NO x $ 22,00 Chesapeake Bay, EUA Birch et al. (2011)

As fontes mveis $ 14,00 Chesapeake Bay, EUA Birch et al. (2011)

No agrcola / NH 3 NE Chesapeake Bay, EUA Birch et al. (2011)

Agricultura / NO 3 $ 10,00 Chesapeake Bay, EUA Birch et al. (2011)

Uso do solo urbano e mista / NO 3 $ 96,00 Chesapeake Bay, EUA Birch et al. (2011)

Fontes Pontuais $ 18,00 Chesapeake Bay, EUA Birch et al. (2011)

gua de drenagem agrcola / NO 3 $ 2,71 Bacia Mississippi, EUA Jaynes et ai. (2010)

Planos integrados

Despesas correntes no sentido do cumprimento Chesapeake TMDLs- (1985-2009)

$ 8,76 Chesapeake Bay, EUA US EPA (2009) ;Blankenship (2011)

Os custos projetados para atender Chesapeake TMDLs - (2010-2025)

$ 14,27 Chesapeake Bay, EUA US EPA (2009) ;Blankenship (2011)

Os custos previstos de utilizao de zonas hmidas para controlaros danos de nutrientes

$ 4,40-5,62

Bacia Mississippi, EUA Kusiima & Powers (2010)

O custo estimado para obter uma reduo de 45% na carga denitrato-N

$ 2,50 Cedar River Watershed,Iowa, EUA

Helmers & Baker (2010)

Poucos estudos de forma abrangente abordar todos os impactos de N na gua e na sade humana de beber, mas uma srie de peas do puzzle esto disponveis. Um estudo utilizando dados limitados sobre a ligao entre o cncer declon e nitrato determinado um custo de sade de US $ 0,1-3,4 kg N lixiviao para as guas subterrneas por na UE ( van Grinsven et al. 2.010 ). Vrios estudos examinaram os impactos da HABs nas zonas costeiras, que podem serassociados com N ( Tabela 2 ). Hoagland et al. (2002) descobriram que os impactos de doenas resultantes directamente de envenenamento do marisco nos EUA eram difceis de estimar, mas usado mortalidade , visitas hospitalares eperda de horas de trabalho para estimar que um marisco do paraltico evento envenenamento custo c . . 6000000 $ Corso . et al (2003) constatou que o custo total de um nico Cryptosporidium surto ocorrido em 1993 em Milwaukee,Wisconsin (EUA) foi 96.200 mil dlares: 31,7 dlares em custos de sade e 64,6 milhes dlares em perda de produtividade laboral. Ns no poderamos obter ou desenvolver custo danos estimativas kg de N por para efeitos desade de algas ou de agentes patognicos prejudiciais, em parte porque as causas so, por vezes, pouco claras. Mais pesquisas so necessrias para melhor testar relaes exposio-resposta e capacidade de transferncia do nmerolimitado de tais relaes ( van Grinsven et al. 2.010 ).

Outra maneira de olhar para o problema considerar o custo para tratar a gua contaminada. Aproximadamente 15% da populao dos EUA, ou 45,4 milhes de pessoas usam gua de poos privados para uso domstico ( Hutson etal. 2.004 ), e uma pesquisa recente indicou que 4,4% dos poos de gua potvel privadas nos EUA foram maiores do que o nitrato de US EPA padro para o consumo humano ( DeSimone 2009 ). Com base nessas estimativas, c . 2milhes de pessoas esto no poo de gua contendo nitrato acima do padro US EPA para consumo humano. Se ele custa US $ 560 por pessoa para tratar gua de poo ( US EPA 2009 ), em seguida, a estimativa que o custo para otratamento de nitrato de contaminada do poo de gua c . 1120 milhes dlar dlares. Ns multiplicamos este nmero pelo c . 7 Tg de nitrognio que se move a partir de terra para a gua nos EUA e [valor de 23 entradas Tg aterrar

de Fig. 1 e assumindo que o transporte de gua subterrnea equivalente aos elementos de transporte de 0,3 a partir de Smith et al. (1997a ), obtendo-se uma estimativa de c . US $ 0,16 por kg de N para a contaminao das guassubterrneas de gua potvel. Este valor maior do que a estimativa de Dodds et al. (2009) , indicando a necessidade de uma nova reviso destes custos dos danos. Nossa reviso aqui indica que h impactos tremendos de sade econsequncias da poluio de nitrognio e incluindo toda a gama desses impactos, no apenas os impactos bem estudadas no ar, ser melhor informar as decises relacionadas com a gesto de N.

N e manuteno da biodiversidade e estticaO excesso de N pode afetar a integridade, resistncia e beleza do mundo natural atravs da reduo da biodiversidade. Esta perda de biodiversidade pode ocorrer atravs de uma srie de diferentes mecanismos. N adies podemcausar mudanas nas comunidades de produtores primrios em ambos os sistemas terrestres e aquticos, levando diminuio da biodiversidade (por exemplo Deegan et al. 2.002 ; Dupr et al. 2.010 ). Uma anlise global recentesuporta ainda mais a noo de que a deposio de N o principal motor da composio de espcies alterada em uma variedade de tipos de ecossistemas e, em alguns casos, isso inclui um aumento de espcies invasoras ( Bobbink etal. 2.010 ). Espcies que tendem a mostrar aumentos em abundncia so frequentemente invasoras no nativas com alto crescimento vegetativo e de crescimento da populao, que tm o potencial para impulsionar as populaeslocais de espcies nativas raras de extino ( Bobbink et al. 2.010 ). Em alguns, mas no todos os tipos de zonas hmidas, produtividade aumentada est associada com a diminuio da diversidade de plantas ( Bedford et ai. 1,999 );Alm disso, espcies raras ou valiosas mais ecologicamente pode ser substitudo por generalistas e espcies invasoras ( Morris 1991 ). Alm disso, a perda de espcies vegetais, devido deposio de N pode ser prejudicial parainsetos herbvoros que delas dependem, como exemplificado por borboletas no local verificador em campos de serpentina da Califrnia ( Weiss 1999 ). A prestao de habitat para organismos que influenciam a integridade, acapacidade de resistncia, valor espiritual e beleza do mundo natural um importante servio (por exemplo, Losey e Vaughan 2006 ).

Acidificao dos Ecossistemas via deposio atmosfrica N um outro motorista de espcie muda. Aps a deposio, o nitrato pode ser lixiviado para fora do solo, arrastando consigo uma perda de caties alcalinos (K, Ca e Mg). Aacidificao do solo tambm pode levar mobilizao de Al inorgnico ( Reuss 1983 ), com efeitos prejudiciais sobre a sade da rvore, incluindo interferncia de alumnio com a absoro de clcio, tolerncia ao frio, e toxicidade dealumnio s razes ( Parker et al. 1.989 ; Cronan & Grigal 1995 ). Estes processos de lixiviao normalmente resultam em menor pH na soluo do solo e streamwater, e maiores concentraes de Al inorgnico monomrica. Baixo pHe inorgnico monomrica Al so diretamente txico para peixes ( Baker & Schofield 1982 ), e lagos sem peixes nos Adirondacks tm significativamente menor pH e capacidade de neutralizao dos cidos do que os lagos com peixes( Gallagher & Baker 1990 ). A lixiviao de Al a partir de solo para sistemas aquticos sensveis tambm demonstrou reduzir a diversidade de peixe ( Nierzwicki-Bauer et al. 2,010 ). Essas mudanas na abundncia e diversidade depeixes tm implicaes para a pesca esportiva e lazer, bem como os valores culturais e existncia ( Banzhaf et al. 2.006 ).

Altas taxas de N carregamento em guas superficiais pode contribuir para a produtividade excessiva, ou eutrofizao, caracterizado pela proliferao de algas que impedem a natao, o consumo de peixe e / ou outro uso humano (Van Dolah 2000 ), hipxia ( Breitburg et al. 2.009 ), mudanas na composio de espcies ( Vaas & Jordan 1990 ) e de cadeias alimentares, e gua com sabores e odores desagradveis ( Bonito et al. 2.003 ). Esses fatores afetamnegativamente a produo de peixes, a biodiversidade, qualidade da gua, o potencial de recreao, esttica e sade humana. Dodds et al. (2009) , conservadoramente estimam que os custos de eutrofizao de gua doce, incluindo oscustos para recreao, beira-mar imveis e gastos com recuperao de espcies ameaadas nos EUA so c . 2.200 milhes dlares por ano.

O nitrognio tambm pode influenciar a forma como os seres humanos experimentar a natureza. O nitrognio um componente de neblina regional, o que pode afetar a visibilidade e diminuir a fruio esttica dos locais onde aspessoas vivem, trabalham e recriar, incluindo parques e outras reas rurais ( Malm 1989 ). Visibilidade danos associados reativa N na bacia do Chesapeake Bay foram 120 milhes dlares ( Birch et al. 2.011 ). Os custos dos danos deHABs para recreao e turismo gama de

de mortalidade e de deslocaes ao hospital devido a doena respiratria . Air efeitos relacionados foram maiores nesta anlise, em parte, porque os dados de custo esto disponveis. Futuras melhorias devem tentar incluir outroscustos, por exemplo, aqueles associados com destruio do ozono, as alteraes climticas e os custos de gua doce, como fizemos neste trabalho ( Tabela 2 ). Quantificao dos servios dos ecossistemas pode ajudar os decisores aavaliar onde podemos melhor gastar nossa restaurao e reduo dlares limitados.

Passando da teoria prtica: precisa de cinciaCarpenter et al. (2009) identificou uma srie de lacunas de dados na cincia relacionada aos servios dos ecossistemas e sustentabilidade, em particular relacionados com a biodiversidade. Eles chamam para um melhoracompanhamento dos servios dos ecossistemas, o que exige '(1) informaes de sries temporais sobre a cobertura vegetal e uso do solo, (2) os locais e taxas de desertificao, (3) padres espaciais e mudanas na qualidade da guadoce, (4) aes, fluxos e valores econmicos dos servios ecossistmicos, (5) as tendncias do uso humano dos servios dos ecossistemas e (6) as tendncias em componentes do bem-estar humano (particularmente aqueles quetradicionalmente no medido). Estas necessidades de monitoramento tambm se aplicam aos efeitos de nitrognio.

A fim de compreender e gerir N e servios ecossistmicos N-associados, primeiro necessrio entender os padres naturais de entrega N aos ecossistemas e como os seres humanos alteraram essa entrega. Uma srie de ferramentas eabordagens foram desenvolvidas para alcanar este objetivo. Conjuntos de dados nacionais e regionais do consumo de fertilizantes e de aplicativos doses de N ( Ruddy et al. 2.006 ), uma rede de locais de deposio de N ( ProgramaNacional de Deposio atmosfrica 2009 ), e as estimativas de produo de estrume de gado tm sido usados para estimar a distribuio espacial das aplicaes de azoto nos EUA. Alm disso, uma srie de modelos tm sidodesenvolvidos e aplicados para estimar a carga de fertilizantes N (EPIC), deposio atmosfrica N (CMAQ; Schwede . et al 2009 ), N de descarga de esgotos ( Van Drecht . et al 2009 ), N fixao em ambas as culturas e dosecossistemas naturais, e N de carga para a superfcie guas doces e da zona costeira (por exemplo, Smith et al. 1997a ). Este fluxo de informaes, em combinao com as informaes sobre a produo de servios do ecossistema evalorizao associada a N pode ser usado para apoiar uma abordagem baseada em servios de ecossistemas para a gesto N.

H tambm as necessidades cientficas relacionadas a danos e reduo de custos. Birch et al. (2011) ilustram a necessidade de dados para os custos dos danos na Baa de Chesapeake. As informaes sobre os custos de restaurao ede reduo tambm necessrio. Esforos recentes indicam que os custos de reduo de reduo de N em guas de drenagem agrcola uma das opes de custo mais baixo ( Tabela 3 ), e os custos so muito mais baixos do que oscustos dos danos ( Tabela 2 ). Ambos os danos e reduo de custos so apresentados como custos estticos e, presumivelmente, os custos aumentariam de forma incremental com carga N ou com a frao de N aes de carga soprojetados para remover. Pode haver limites ecolgicos importantes afetados pela Nr de carga que possam estar relacionados a perdas rpidas e persistentes de servios dos ecossistemas avaliados, por exemplo, alguns ricos restingascosteiras orgnicos esto lentamente degradando como resultado da alta carga de nitrognio ( Wigand 2003 ), fazendo com que estes sistemas mais suscetveis elevao do nvel do mar, eroso e perda do servio de proteotempestade costeira. Melhores modelos de acoplamento N fluxos aos servios dos ecossistemas so necessrios, destacando a necessidade urgente para o desenvolvimento de simples, mas ainda assim realista, ferramentas demodelagem que podem preencher a interface entre componentes do ciclo N, servios dos ecossistemas e avaliao.

Resumo


Uma abordagem servios ecossistmicos para avaliar os custos e benefcios associados reduo do N pode informar melhor poltica integrada e gesto de N no ar e na gua nos EUA, pois permite a apresentao e anlise dos efeitosde determinadas fontes de N e formulrios em pblico mais completa benefcios do que utilizado atualmente, de uma forma consistente com ar limpo e regulao da gua existente. A valorao econmica facilmentecompreensvel pela sociedade e para a mtrica seria equivalente em todos os servios, permitindo simples empilhamento de servios ao comparar opes de gesto. Propomos que o custo por kg N ( Tabela 2 ) uma boa mtrica paracomparar a importncia relativa dos custos dos danos, bem como os custos de mitigao ou de restaurao associados a uma determinada fonte N. Uma limitao do custo por kg mtrica como atualmente concebido que um valoresttico, mas isso pode mudar se N carga ou proximidade de um limiar foram incorporados clculos de danos e reduo de custos. Melhor desenvolvimento das funes de produo que descrevem as ligaes entre as aes humanas,fatores biofsicos, os servios dos ecossistemas e valores econmicos deve ser um componente de um ecossistema de servios de sistema de contabilidade relacionados ao nitrognio e constitui uma rea importante e emocionante parafuturas pesquisas.

A nossa sntese dos servios dos ecossistemas relacionados com N e seu valor monetrio associado revela que ainda h pouca informao sobre muitos servios N relacionados. Apesar de no ter sido capaz de quantificar todos osimpactos de N, as estimativas disponveis indicam que os custos dos danos superam os custos associados reduo N carregamento. Isso fornece uma forte justificativa para a mitigao da poluio N e os efeitos associados sobre osservios dos ecossistemas. O fato de que essas estimativas iniciais ( Tabela 2 ) so incompletos significa que nossa anlise quase certamente subestima os benefcios sociais para mitigar os efeitos negativos da poluio nitrognio.

Prevemos que insights e refinamentos adicionais iro reforar a utilidade de uma abordagem ecossistmica da gesto de servios N, e, assim, os esforos para desenvolver esta abordagem deve continuar a seguir em frente comotimismo cauteloso, garantindo oportunidades para a adaptao como novo e melhor informao disponibilizada. Alm disso, porque o valor diretamente influenciada pela percepo e preferncias da sociedade, e porque osucesso ea sustentabilidade de uma poltica depende da adoo por decisores, gestores, decisores polticos eo pblico deve ser envolvido na definio e avaliao de servios ecossistmicos importantes para a rea de prestao deservio. Finalmente, a nossa sntese indica que h um crescente corpo de informaes para fornecer avaliao monetria dos servios dos ecossistemas, e que esta informao tem um grande potencial para ajudar os tomadores dedeciso avaliar onde melhor gastar os nossos limitados restaurao e reduo de dlares para uma melhor gesto N.

Agradecimentos


Os autores agradecem a Paul Ringold e Dan Sobota para discusses desta pesquisa, e Anne Rea e trs revisores annimos para comentrios teis do manuscrito. Este trabalho foi financiado pela Agncia de Proteo Ambiental dosEUA. Foi sujeito a Agncia reviso e aprovado para publicao.

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Os serviços dos ecossistemas alterados por mudanças humanas no ciclo do nitrogênio_ uma nova perspectiva para US tomada de decisão - Compton - 2011 - Ecology Letters - Wiley Library