По мере повышения глобальных температур, особенно в регионах высоких широт, почвенные микробы претерпевают критическое изменение в способах обработки питательных веществ. Традиционно эти микробы действуют как переработчики, превращая азот в формы, которые могут использовать растения. Однако новые исследования, проведенные в Исландии, показывают, что прогревающиеся почвы заставляют микробы удерживать азот внутри себя, уменьшая количество, доступное для роста растений, и потенциально усугубляя изменение климата. Это изменение нарушает естественный круговорот питательных веществ, с далеко идущими последствиями для растительности и уровня парниковых газов в атмосфере.
Естественный Эксперимент в Исландии
Выводы основаны на уникальном долгосрочном исследовании, проведенном в субарктических лугах недалеко от Хверагерди, Исландия. Серия землетрясений в 2008 году непреднамеренно создала естественную лабораторию: геотермальная активность нагревала участки почвы на 0,5°C–40°C выше нормы, позволяя исследователям наблюдать реакции экосистем в условиях устойчивого потепления. Этот естественный эксперимент предоставил редкую возможность изучить адаптацию микробов к долгосрочному повышению температуры, что невозможно в полностью контролируемых лабораторных условиях.
Исследователи использовали азот-15 для отслеживания потока питательных веществ, обнаружив, что после первоначальной потери азота из почвы микробы стали все более экономными. Вместо выделения аммония – побочного продукта азота, пригодного для использования растениями – они начали перерабатывать азот внутри себя. Это поведение, описанное одним из исследователей как «микробный эквивалент удержания мочи», снижает доступность азота для растений.
Последствия для Экосистем
Это микробиальное накопление имеет как положительные, так и отрицательные последствия. С одной стороны, оно предотвращает дальнейшую потерю азота через вымывание или выброс в атмосферу в виде закиси азота, мощного парникового газа. Однако это также усиливает конкуренцию между растениями и микробами за ограниченные ресурсы азота.
Нежный баланс между ростом растений (поглощающим углерод) и микробным разложением (выделяющим азот) нарушается. Если микробы отдают приоритет своим собственным потребностям, рост растений может замедлиться, снижая способность экосистемы компенсировать выбросы углерода. Это может ускорить потепление, а не смягчить его, подрывая предположения в некоторых климатических моделях.
Раннее Потепление Имеет Решающее Значение
Исследователи изучают начальные стадии прогрева почвы, чтобы определить, что происходит до значительной потери питательных веществ. Пересадка нормальных почв на нагретые участки показывает, что большинство истощения питательных веществ происходит в первые 5–10 лет потепления. Эта находка подчеркивает, что наиболее разрушительные эффекты происходят в начальной фазе повышения температуры, что делает оперативное вмешательство решающим.
Угроза Углеродной Обратной Связи
Исследование подчеркивает возможное недооценивание в климатических моделях вклада потерь азота и углерода из холодных почв в глобальное потепление. Арктические почвы хранят огромные количества частично разложившегося органического вещества – огромный резервуар углерода. Повышение температуры увеличивает активность микробов, ускоряя разложение и высвобождая больше углекислого газа.
Ожидание того, что растения будут расти более бурно в теплых условиях и поглощать избыток углерода, теперь ставится под сомнение. Вместо этого микробиальное накопление снижает доступность азота, ослабляя рост растений и уменьшая способность экосистемы служить поглотителем углерода. Это создает опасную обратную связь: меньший рост растений, более бедные почвы и продолжающиеся выбросы парниковых газов.
Оговорки и Будущие Исследования
Хотя исследование является новаторским, в нем признаются ограничения. Геотермально нагретые почвы могут не идеально отражать закономерности глобального потепления, которые включают повышение температуры воздуха, а не только прогрев корневой зоны. Кроме того, исландские вулканические почвы отличаются от богатых торфом арктических ландшафтов, найденных в Скандинавии и России. Дальнейшие исследования в различных арктических условиях жизненно важны для подтверждения этих выводов.
Эти выводы подчеркивают решающий, но часто упускаемый из виду аспект изменения климата: сложную взаимосвязь между микробами, растениями и круговоротом питательных веществ. Игнорирование этих динамических процессов может привести к неточным прогнозам климата и неэффективным стратегиям смягчения последствий.
