Секрет выбросов CO₂: теплу нужны углерод и питательные вещества

Новое исследование ученых из университета штата Северная Каролина (США), посвященное влиянию высоких температур на почву, показало, что одно лишь потепление не приводит к увеличению выбросов углекислого газа. Для роста эмиссии диоксида углерода необходимо сочетание трех факторов: повышения температуры, дополнительного поступления углерода и наличия питательных веществ, таких как азот и фосфор. Эти выводы помогают лучше понять сложный механизм, регулирующий баланс между хранением углерода в почве и его выбросами в атмосферу.

Значительная часть выбросов углекислого газа из почвы является результатом жизнедеятельности микробов – мельчайших организмов, таких как бактерии, грибы и вирусы. Подобно людям, они «выдыхают» углекислый газ в процессе своего метаболизма. Когда температура повышается, фотосинтез у растений активизируется, что обеспечивает микроорганизмы большим количеством «пищи». Однако, как показывает исследование, если в почве отсутствует углерод и питательные вещества в легкодоступной форме, одного лишь тепла недостаточно для стимуляции микробной активности и, как следствие, увеличения выбросов CO₂.

Для эксперимента использовалась почва с участка в штате Джорджия (США), где расположен один из старейших в мире центров по изучению эффектов потепления почвы. До недавнего времени подобные исследования в основном проводились в регионах с холодным климатом, таких как Арктика или бореальные леса, где даже незначительное потепление может вызвать серьезные изменения. Этот же эксперимент был сосредоточен на неплодородной почве субтропического климата.

Участок, с которого были взяты образцы, представляет собой бывшие хлопковые поля, со временем заросшие лесом. Хлопок является культурой, сильно истощающей землю, поэтому почва там бедна питательными веществами и углеродом. В лабораторных условиях собранные образцы подвергали нагреву до 2,5 градуса Цельсия. Выяснилось, что ни нагрев сам по себе, ни нагрев в сочетании с добавлением только питательных веществ не приводил к росту выбросов CO₂. Увеличение эмиссии наблюдалось только тогда, когда в почву добавляли легкодоступный углерод.

Микроорганизмы в почве постоянно ищут ресурсы для выживания и роста. Углерод служит для них источником энергии. Часть его они используют для построения своей биомассы и для производства ферментов, которые расщепляют сложные органические соединения. Остатки углерода выделяются в процессе метаболизма. Подобно человеку, которому для жизни необходима сбалансированная диета, почвенным микробам требуется определенное соотношение энергии и питательных элементов. В бедной почве их ресурсы ограничены, что и сдерживает влияние потепления.

Понимание того, как природные системы выделяют и поглощают углерод, имеет решающее значение для климатической науки. Эти данные позволяют точнее оценивать вклад различных отраслей экономики в общие выбросы и определять цели по их сокращению. В настоящее время ученые продолжают работу, изучая аналогичные процессы в других экосистемах, включая тропические леса в Пуэрто-Рико и Панаме, чтобы получить более полную картину влияния глобального потепления на углеродный цикл почвы. Исследование было опубликовано в научном журнале Biogeochemistry.