Почвы северных лесов являются ключевыми резервуарами, помогающими удерживать углекислый газ, который деревья вдыхают и используют для фотосинтеза, от обратного попадания в атмосферу. Однако уникальный эксперимент, проведенный Питером Райхом из Мичиганского университета, показывает, что на нагревающейся планете из почвы уходит больше углерода, чем его добавляется растениями.
«Это не очень хорошие новости, поскольку они говорят о том, что по мере потепления климата почвы будут отдавать часть своего углерода в атмосферу», — сказал Райха.
«Общая картина такова, что потеря большего количества углерода всегда будет плохим явлением для климата», — сказал Гопенг Лян, ведущий автор исследования, опубликованного в Nature Geoscience. Лян был научным сотрудником в Университете Миннесоты во время исследования, а сейчас является научным сотрудником в Йельском университете и научным сотрудником по обмену в Институте биологии глобальных изменений.
Понимая, как повышение температуры влияет на поток углерода в почву и из нее, ученые могут лучше понимать и прогнозировать изменения климата нашей планеты. Леса, со своей стороны, хранят около 40% углерода почвы Земли.
Из-за этого было много исследовательских проектов, изучающих, как изменение климата влияет на поток углерода из лесных почв. Но немногие из них длились дольше трех лет, и большинство из них рассматривают потепление либо в почве, либо в воздухе над ней, но не в обоих, сказал Райх.
В эксперименте, который считается первым в своем роде, проведенном Райхом, исследователи контролировали температуру почвы и надземной части на открытом воздухе, без использования какого-либо ограждения. Они также продолжали исследование более дюжины лет.
«Наш эксперимент уникален», — сказал Райх, который также является профессором Школы окружающей среды и устойчивого развития UM. «Это, несомненно, самый реалистичный эксперимент такого рода в мире».
Компромисс в том, что проведение столь сложного эксперимента в течение столь длительного времени обходится дорого. Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Министерством энергетики США и Университетом Миннесоты, где Райх также является заслуженным профессором Университета Макнайта.
К Райху и Ляну в исследовании присоединились коллеги из Университета Миннесоты, Университета Иллинойса и Смитсоновского центра исследований окружающей среды.
Группа работала на двух объектах в северной Миннесоте на 72 участках, исследуя два различных сценария потепления в сравнении с условиями окружающей среды.
В одном случае температура на участках поддерживалась на уровне 1,7 градуса Цельсия выше температуры окружающей среды, а в другом разница составляла 3,3 градуса Цельсия. Дыхание почвы — процесс, в ходе которого выделяется углекислый газ — увеличилось на 7% в случае более умеренного потепления и на 17% в случае более экстремального.
Вдыхаемый углерод образуется в результате метаболизма корней растений и почвенных микробов, питающихся доступными им содержащими углерод закусками: сахарами и крахмалами, выщелоченными из корней, мертвыми и разлагающимися частями растений, органическим веществом почвы и другими живыми и мертвыми микроорганизмами.
«Микробы очень похожи на нас. Часть того, что мы едим, выдыхается обратно в атмосферу», — сказал Райх. «Они используют тот же самый метаболический процесс, что и мы, чтобы выдыхать CO2 обратно в воздух».
Исследователи обнаружили, что, хотя количество вдыхаемого углекислого газа на участках при более высоких температурах увеличилось, оно, вероятно, не подскочило настолько, насколько могло бы быть.
Их экспериментальная установка также учитывала влажность почвы, которая уменьшалась при более высоких температурах, что вызывало более быструю потерю воды растениями и почвой. Однако микробы предпочитают более влажные почвы, а более сухие почвы ограничивали дыхание.
«Главное, что можно здесь сделать, это то, что леса потеряют больше углерода, чем нам бы хотелось», — сказал Райх. «Но, возможно, не так, как если бы не происходило высыхания».
