Новости

28 сентября, 2022 12:16

Дыхание почв: российские ученые определили связь между засухами и содержанием CO₂ в атмосфере

Источник: Russia Today
Российские ученые подвели итоги эксперимента, который длился 24 года в лесах Подмосковья. На протяжении этого времени биологи замеряли интенсивность так называемого дыхания почв (газообмена между атмосферой и землей) в части выделяемого почвенной биотой и корнями растений углекислого газа. Выяснилось, что, хотя при повышении температуры активность микроорганизмов обычно растет, в условиях засухи выделение CO₂ снижается, поскольку биота также нуждается во влаге. При этом в разных типах почвы этот процесс идет неодинаково. По словам ученых, полученные выводы помогут лучше понять, как будет меняться баланс между поглощением и выделением лесами углекислого газа в условиях засух, которых в последние годы становится всё больше на фоне глобального потепления.
Лес смешанный, Приокско-террасный биосферный заповедник. Московская область. Источник: Ирина Курганова
Ученые из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино) обобщили результаты уникального полевого эксперимента, который продолжался 24 года. Его целью было оценить общее дыхание почв (процесса газообмена между атмосферой и землей) в различные сезоны года и определить, насколько оно чувствительно к повышению температуры. О результатах исследования, опубликованных в журнале Forests, RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

По словам специалистов, наземные экосистемы оказывают решающее влияние на природные потоки углекислого газа и его концентрацию в атмосфере. Относительная стабильность последней обеспечивается балансом между поглощением углекислого газа растениями в ходе фотосинтеза и его выделением при разложении органического вещества почвенными микроорганизмами.
«И если все мы слышали выражение, что леса — легкие нашей планеты, то об этих крошечных, невидимых глазу существах, населяющих почву, мы часто забываем. А ведь они активно дышат, выделяя в процессе своей жизнедеятельности в атмосферу углекислый газ, и тем самым напрямую участвуют в круговороте углерода», — рассказала в беседе с RT руководитель проекта, главный научный сотрудник лаборатории почвенных циклов азота и углерода Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН Ирина Курганова. — Так, в результате дыхания почвы в атмосферу выделяется почти на порядок больше углерода, чем при сжигании ископаемого топлива».
Исследование проводилось в двух экосистемах на юге Подмосковья: в широколиственном и смешанном лесах. С декабря 1997 по ноябрь 2021 года учёные еженедельно и непрерывно измеряли на одних и тех же участках количество углекислого газа, выделяемого почвенными микроорганизмами и корнями растений. Для этого были установлены герметично закрытые камеры, в которых накапливался CO₂. Из них ученые отбирали газовые пробы, которые затем анализировали в лаборатории. По изменению концентрации углекислого газа в пробах авторы работы рассчитывали интенсивность дыхания почвы.



Камеры-накопители. Источник: Ирина Курганова

Выделение углекислого газа происходит в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и дыхания корней растений, и с ростом температуры эти процессы протекают более активно. Однако ученые установили, что чувствительность дыхания почвы к повышению температуры зависит от уровня влажности во время вегетации растений.

В засушливые годы выделение углекислого газа снижалось по сравнению с годами, когда уровень увлажненности был нормальным или повышенным, поскольку количество влаги и доступность питательных веществ в почве для микроорганизмов заметно уменьшались. В результате процессы их жизнедеятельности замедлялись, и они выделяли в атмосферу меньше CO₂.

При этом степень отклика микробиоты на недостаток влаги в почве во время засух неодинакова. Ученые выяснили, что живущие в супесчаных почвах микроорганизмы в засушливые годы значительно снижают активность и переходят в экономный режим. Это связано с тем, что такой грунт обладает низкой водоудерживающей способностью и быстро теряет влагу. Поэтому в супесчаных почвах повышение температуры в условиях засухи не приводит к росту почвенного дыхания.

Несколько иная ситуация наблюдается в суглинистых почвах. Они тоже сокращают выделение углерода в условиях засухи, однако далеко не так сильно, как супеси. Дело в том, что эти почвы способны даже в самые засушливые годы сохранять запасы влаги, необходимой для жизнедеятельности микроорганизмов.

В целом отклик дыхания почв на рост температуры в засушливые годы снижается во всех случаях, отмечают авторы работы. И потепление климата в условиях усиления его засушливости может привести к уменьшению концентрации углекислого газа в атмосфере, поскольку его выделение почвой будет меньше, чем поглощение растениями.
«Таким образом, мы показали, что именно влагообеспеченность почв в вегетационный период является основным фактором, контролирующим температурную чувствительность почвенного дыхания в лесных экосистемах. При современной тенденции усиления засушливости климата во многих регионах России и мира можно прогнозировать снижение потока углекислого газа из почв в атмосферу. Эта тенденция будет распространяться на лесные экосистемы таежной зоны, к которым принадлежат и леса Подмосковья, где проводились исследования», — отметила Ирина Курганова.
По словам специалистов, опубликованная работа дает новые знания о глобальном цикле углерода, который напрямую связан с климатическими изменениями, наблюдаемыми сегодня на Земле.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.
29 февраля, 2024
Лишайники будут выделять больше парниковых газов при изменении климата
Красноярские ученые впервые обнаружили, что лишайники, растущие на живых деревьях, при повышении в...
21 февраля, 2024
Биологи открыли более ста полезных для фармацевтики веществ в японском цветке
Российские биологи исследовали химический состав садового многолетника анемонопсис крупнолистный (...