Учёные 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 землёй) 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 — лёгкие 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», — подчеркнула она.
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 учёные отбирали газовые пробы, которые затем анализировали в лаборатории. По изменению концентрации углекислого газа в пробах авторы работы рассчитывали интенсивность дыхания почвы.
Выделение углекислого газа происходит в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и дыхания корней растений, и с ростом температуры эти процессы протекают более активно. Однако учёные 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 увлажнённости 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. Учёные 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 таёжной зоны, к которым принадлежат и леса Подмосковья, где проводились исследования», — отметила Ирина Курганова.
По словам специалистов, опубликованная работа даёт новые знания о глобальном цикле углерода, который напрямую связан с климатическими изменениями, наблюдаемыми сегодня на Земле.