Исследование, посвящённое влиянию повышения температуры на почву, показало, что само по себе потепление не увеличивает выбросы углекислого газа из почвы. Существенный рост выбросов CO₂ наблюдается только при одновременном повышении температуры и увеличении содержания легкоусвояемых форм углерода, а также питательных веществ, таких как азот и фосфор.

Роль микробов в выбросах углекислого газа

Результаты работы дают новое понимание того, как природа поддерживает хрупкий баланс между накоплением углерода в почве и его выбросами в атмосферу. Значительная часть выбросов CO₂ из почвы связана с деятельностью микробов — бактерий, грибов, вирусов и других микроорганизмов, которые, подобно людям, «выдыхают» углекислый газ. Как объясняет Дебджани Сихи, доцент кафедры биологии растений и микробов Университета Северной Каролины, потепление усиливает фотосинтез растений, что приводит к увеличению количества «пищи» для микробов и, соответственно, их активности. Однако если в почве недостаточно доступных форм углерода и питательных веществ, необходимых для роста и жизнедеятельности микробов, то повышение температуры само по себе не приводит к увеличению потерь углерода.

Сихи также отмечает, что добавление только тепла и питательных веществ не увеличивало выбросы CO₂ из исследуемой почвы, взятой с долгосрочного экспериментального участка на юго-востоке США. Для роста выбросов требовалось наличие легкоусвояемых форм почвенного углерода.

Особенности исследования

Ранее подобные эксперименты в основном проводились в холодных климатах — арктических, бореальных или умеренных — чтобы понять, как небольшое потепление может вызвать значительные изменения. В отличие от них, данное исследование было выполнено на малоплодородной субтропической почве в Афинах, штат Джорджия, где расположена одна из старейших в мире установок для подогрева почвы. Исследование проводилось на бывших хлопковых полях, превращённых в лесные угодья. Хлопок — культура, истощающая почву, поэтому в ней мало питательных веществ и углерода.

Учёные собрали почву с экспериментального участка и перенесли её в лабораторию, где подвергли нагреву до 2,5°C. Они также изучили различные пути в почвенном углеродном цикле — процессе, в ходе которого углерод либо накапливается в почве, либо выделяется из неё. Почва содержит множество форм органического вещества: от растительных остатков до живых и мёртвых микробов, все они участвуют в углеродном цикле. Микроорганизмы постоянно ищут пищу для выживания и роста, и исследователи отслеживали, сколько углерода хранится в разных пулах.

Как микробы используют углерод

Микробы дышат и получают энергию из углерода, а также удовлетворяют свои потребности в питательных веществах из той же пищи. Как и людям, им нужен сбалансированный рацион — источник энергии, белки, клетчатка. Часть углерода они используют для построения биомассы, часть энергии тратят на создание ферментов, необходимых для расщепления сложных органических веществ на усваиваемые формы углерода и питательных веществ. Остальное выделяется в виде CO₂ как часть их метаболизма.

Баланс между выделением и поглощением углерода

Природа не только выделяет углерод, но и поглощает его. Знание того, сколько CO₂ поступает из природных систем, позволяет устанавливать целевые показатели по сокращению выбросов для различных отраслей и экономических секторов.

Перспективы дальнейших исследований

Сихи отмечает, что продолжается совместная работа по изучению различных экосистем, включая два полевых эксперимента по подогреву почвы в тропиках — в Пуэрто-Рико и Панаме. Это необходимо для понимания того, как потепление влияет на потери почвенного углерода. По её словам, в этих условиях само по себе потепление не стимулирует микробную активность, поскольку у микробов просто нет достаточных ресурсов для жизнедеятельности. Таким образом, истощённые ресурсы микробов ограничивают эффект потепления.