Климатический центр Росгидромета

Новости партнеров

EOS: Из-за потепления в Арктике почвы теряют ключевые питательные вещества

 

Изменения климата проявляются не только в нагреве воздуха и океана, но и почвы, где ключевые процессы, определяющие плодородие и связывание углерода, протекают в точно отрегулированном равновесии.

Арктические и субарктические почвы хранят значительную часть углерода Земли. Однако повышение температуры может привести к истощению этих почв от азота — ключевого питательного вещества. Согласно новому исследованию, эта потеря может замедлить рост растений, ограничить способность почв накапливать углерод и усилить глобальное потепление.

Высокоширотные почвы хранят огромное количество углерода, поскольку низкие температуры замедляют микробную активность. Хотя растения производят органическое вещество посредством фотосинтеза, микроорганизмы не могут потреблять его достаточно быстро, что приводит к его накоплению с течением времени. Учёные давно опасались, что потепление в Арктике ускорит микробную активность, высвобождая накопленный углерод в атмосферу в виде углекислого газа (CO2). Но они также надеялись, что более высокие температуры стимулируют рост растений, которые будут реабсорбировать часть углерода и частично компенсировать эти выбросы.

Новое исследование показывает, что последний сценарий весьма маловероятен, поскольку потепление приводит к потере почвами азота с последующим подавлением роста растений.

Результаты получены в результате десятилетнего эксперимента на субарктических лугах недалеко от Хверагерди, Исландия. В 2008 году мощное землетрясение изменило потоки геотермальных вод в регионе, превратив ранее средние участки почвы в зоны естественного нагрева с температурными градиентами от 0,5°C до 40°C выше прежнего уровня. Это событие создало уникальную природную лабораторию для наблюдения за реакцией экосистем на долгосрочное потепление.

Используя стабильные изотопы азота-15 для отслеживания потоков питательных веществ в ландшафте, исследователи обнаружили, что на каждый градус Цельсия потепления почвы теряли от 1,7% до 2,6% азота. Наибольшие потери наблюдались зимой и ранней весной, когда микробы оставались активными, а растения находились в состоянии покоя. В это время в почву попали азотсодержащие соединения, такие как аммоний и нитраты, но, поскольку растения не могли их усваивать, они либо выщелачивались в грунтовые воды, либо уходили в атмосферу в виде закиси азота – парникового газа, почти в 300 раз более мощного, чем CO2.

Результаты исследования были опубликованы в статье в журнале Global Change Biology (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70309).

«Мы не ожидали потери азота», — сказала Сара Мараньон (Sara Marañón), почвовед из Центра экологических исследований и лесного хозяйства в Испании и первый автор исследования, — «Механизмы почвы, накапливающие азот, разрушаются».

Более скудная, более быстрая экосистема

Исследователи также обнаружили, что потепление ослабило те самые механизмы, которые помогают почве удерживать азот. На более тёплых участках микробная биомасса и плотность тонких корней — ключ к накоплению азота — были значительно ниже, чем на более холодных. Хотя микробов было меньше, их метаболизм был быстрее, выделяя больше CO2 на единицу биомассы. Тем временем растениям было трудно адаптироваться, отставая как в росте, так и в усвоении питательных веществ.

«Микробные сообщества способны адаптироваться и достигать нового равновесия с более высокой скоростью активности», — сказала Мараньон. «Но растения не могут за ними угнаться».

Усиление микробного метаболизма изначально приводит к большему потреблению азота и углерода, имеющихся в почве. Однако через 5–10 лет система, по-видимому, достигает нового равновесия: снижается уровень органического вещества и плодородие. Этот сдвиг предполагает, что потепление почв может привести к постоянному снижению плодородия, затрудняющему восстановление растительности и приводящему к необратимой потере углерода.

Учёные традиционно считали, что по мере ускорения разложения органического вещества в более тёплом климате содержащийся в нём азот становится более доступным, что приводит к повышению продуктивности, отметил Эрик Вербрюгген (Erik Verbruggen), почвенный эколог из Антверпенского университета в Бельгии, не принимавший участия в исследовании. «В этой работе показано, что на самом деле этого не происходит».

Вместо этого азот вымывается из почвы весной, что делает его недоступным для увеличения производства биомассы. «Это не столь оптимистичное заявление», — сказал Вербрюгген.

Недооценённый источник парниковых газов

В связи с тем, что арктические регионы теплеют быстрее, чем в среднем по миру, это нарушение круговорота питательных веществ вскоре может стать более очевидным. Потеря азота и углерода из почв холодных регионов может представлять собой значительный и ранее недооценённый источник выбросов парниковых газов, который ещё не в полной мере учтён в современных климатических моделях.

Исследователи планируют изучить ранние фазы потепления почвы, пересаживая фрагменты обычной почвы в прогретые районы, а также изучить, как различные типы почв реагируют на жару. Мараньон отметила, что исследуемые исландские почвы имеют вулканическое происхождение и очень богаты минералами, в отличие от органических торфяных почв, распространённых в других арктических регионах.

«Арктические почвы также включают в себя многолетнюю мерзлоту в таких местах, как север России и некоторые районы Скандинавии, и являются крупнейшими резервуарами углерода в мировой почве», — сказал Вербрюгген. С другой стороны, почвы, проанализированные в этом исследовании, представляли собой маломощные луговые почвы. «Они не обязательно являются репрезентативными для всех арктических почв».

Тем не менее, добавил Вербрюгген, результаты исследования подчёркивают тонкий баланс между продуктивностью и потерей питательных веществ в этих системах.

Большие запасы углерода в почве делают её серьёзным риском при неправильном управлении, сказала Мараньон. «Но она также может стать потенциальным союзником и компенсировать выбросы CO2».

 

Ссылка: https://eos.org/articles/as-the-arctic-warms-soils-lose-key-nutrients

Печать