Тайна почвенного углерода: микробы решают судьбу климата

Исследователи из Университета Оклахомы провели многолетний эксперимент, чтобы выяснить, как изменение климата влияет на способность почвы удерживать углерод. Они обнаружили, что ключевым фактором является влажность: в условиях засухи потепление привело к потере более 12% почвенного углерода, тогда как в увлажненной почве его содержание увеличилось. Результаты этого масштабного исследования опубликованы в журнале Nature Climate Change.

Почва, которая находится у нас под ногами, представляет собой один из крупнейших углеродных резервуаров планеты, удерживая примерно в три раза больше углерода, чем вся атмосфера. Это делает ее критически важным элементом в формировании будущего климата: даже незначительная потеря этого углерода в виде углекислого газа способна существенно ускорить глобальное потепление. Ученые давно стремятся понять главный механизм, определяющий, останется ли углерод в земле или вернется в воздух. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature Climate Change, решающим фактором является вода: чем выше влажность почвы, тем надежнее углерод в ней сохраняется.

В основе выводов лежит 12-летний эксперимент, проведенный на 48 участках земли. Чтобы отследить реакцию почвы на различные климатические сценарии, исследователи использовали инфракрасные обогреватели, повышающие температуру на некоторых участках на 3°C по сравнению с контрольными зонами, где температура оставалась нормальной. Одновременно с этим команда манипулировала количеством влаги: с помощью специальных навесов от дождя создавались условия засухи, а на других делянках воду добавляли искусственно, имитируя дождливые годы.

Ежегодно ученые проводили детальное обследование каждого участка. Они измеряли общее содержание углерода в почве, биомассу растущих растений и отслеживали выделение углекислого газа с помощью почвенных камер, фиксирующих выбросы газов. Кроме того, они анализировали генетический материал почвенных микробных сообществ, чтобы наблюдать за изменениями в популяциях бактерий и грибов в течение всего периода эксперимента.

Результаты показали принципиальную разницу в поведении почвы в зависимости от водного режима. В условиях засухи потепление привело к потере 12,2% углерода в почве, тогда как в условиях повышенной влажности содержание углерода, напротив, увеличилось на 6,7%. Ключевым звеном, объясняющим эту разницу, оказались не растения, растущие на поверхности, а микроорганизмы, обитающие в почве. В жаркую и засушливую погоду микробы испытывают сильный стресс и вынуждены сжигать больше углерода для поддержания жизни, выделяя его в атмосферу в виде углекислого газа. Однако в условиях, когда почва одновременно и горячая, и влажная, микроорганизмы переключаются на рост, используя углерод более эффективно и сокращая его потери.

Авторы исследования подчеркивают фундаментальную роль микробных сообществ в климатических процессах. «Эти результаты демонстрируют ключевую роль микробных процессов в опосредовании обратной связи между содержанием углерода в почве и климатом и подчеркивают их критическое значение для точного прогнозирования динамики содержания углерода в почве в более теплом, потенциально более засушливом мире», — написали они в своей статье.

Особую тревогу у ученых вызвало наблюдение, сделанное в период засухи: микробы начали разрушать часть наиболее стабильного почвенного углерода, который ранее считался надежно запертым в земле на протяжении веков. Это открытие меняет прежние представления о долговременной сохранности почвенных запасов и свидетельствует о том, что продолжающееся потепление климата может спровоцировать масштабный выброс древнего углерода, который до сих пор считался безопасным.

Таким образом, исследование показало, что будущее почвенного углерода зависит от сложного взаимодействия температуры и влажности, опосредованного микробными сообществами. Для повышения надежности климатических моделей авторы работы настаивают на обязательном учете поведения почвенных микроорганизмов, так как именно они определяют, превратится ли почва в союзника в борьбе с изменением климата или станет источником его неконтролируемого ускорения.