У міру підвищення глобальної температури, особливо у високих широтах, ґрунтові мікроби зазнають критичних змін у тому, як вони переробляють поживні речовини. Традиційно ці мікроби діють як переробники, перетворюючи азот у форми, які можуть використовувати рослини. Однак нове дослідження, проведене в Ісландії, показує, що нагрівання ґрунтів змушує мікроби утримувати азот у собі, зменшуючи кількість, доступну для росту рослин, і потенційно посилюючи кліматичні зміни. Ця зміна порушує природний кругообіг поживних речовин, що має далекосяжні наслідки для рослинності та рівнів парникових газів в атмосфері.
Природний експеримент в Ісландії
Висновки ґрунтуються на унікальному довгостроковому дослідженні, проведеному на субарктичних луках поблизу Хверагерді, Ісландія. Серія землетрусів у 2008 році ненавмисно створила природну лабораторію: геотермальна активність нагріла ділянки ґрунту на 0,5 °C до 40 °C вище норми, що дозволило дослідникам спостерігати реакцію екосистеми в умовах тривалого потепління. Цей природний експеримент надав рідкісну можливість вивчити адаптацію мікробів до тривалого підвищення температури, що неможливо в повністю контрольованих лабораторних умовах.
Дослідники використовували азот-15 для відстеження потоку поживних речовин, виявивши, що після початкової втрати азоту з ґрунту мікроби стали дедалі ощадливішими. Замість виділення амонію, побічного продукту азоту, який можуть використовувати рослини, вони почали переробляти азот усередині. Така поведінка, описана одним дослідником як «мікробний еквівалент затримки сечі», зменшує доступність азоту для рослин.
Наслідки для екосистем
Таке накопичення мікроорганізмів має як позитивні, так і негативні наслідки. З одного боку, це запобігає подальшій втраті азоту через вилуговування або викид в атмосферу у вигляді оксиду азоту, потужного парникового газу. Однак це також посилює конкуренцію між рослинами та мікробами за обмежені ресурси азоту.
Крихкий баланс між ростом рослин (що поглинає вуглець) і мікробним розкладанням (що вивільняє азот) порушується. Якщо мікроби віддають перевагу власним потребам, ріст рослин може сповільнитися, зменшуючи здатність екосистеми компенсувати викиди вуглецю. Це може прискорити потепління, а не пом’якшити його, підриваючи припущення в деяких кліматичних моделях.
Раннє потепління є критичним
Дослідники вивчають ранні етапи нагрівання ґрунту, щоб визначити, що відбувається до значної втрати поживних речовин. Пересадка звичайних ґрунтів у тепліші місця показує, що найбільше виснаження поживних речовин відбувається в перші 5-10 років потепління. Це відкриття підкреслює, що найбільш шкідливі наслідки виникають під час початкової фази лихоманки, що робить критичним хірургічне втручання.
Загроза зворотного зв’язку вуглецю
Дослідження підкреслює можливу недооцінку в кліматичних моделях внеску втрат азоту та вуглецю з холодних ґрунтів у глобальне потепління. Арктичні ґрунти зберігають величезну кількість частково розкладеної органічної речовини — величезного резервуару вуглецю. Підвищення температури збільшує активність мікробів, прискорюючи розкладання та вивільняючи більше вуглекислого газу.
Очікування того, що рослини будуть рости енергійніше в теплих умовах і поглинати надлишок вуглецю, тепер ставиться під сумнів. Натомість накопичення мікробів зменшує доступність азоту, послаблюючи ріст рослин і зменшуючи здатність екосистеми служити поглиначем вуглецю. Це створює небезпечну петлю зворотного зв’язку: менший ріст рослин, бідніші ґрунти та триваючі викиди парникових газів.
Відмова від відповідальності та майбутні дослідження
Хоча дослідження є новаторським, воно визнає обмеження. Геотермально нагріті ґрунти можуть не повністю відображати закономірності глобального потепління, які включають підвищення температури повітря, а не лише нагрівання кореневої зони. Крім того, ісландські вулканічні ґрунти відрізняються від багатих торфом арктичних ландшафтів Скандинавії та Росії. Для підтвердження цих висновків життєво важливі подальші дослідження в різних арктичних середовищах.
Ці висновки висвітлюють важливий, але часто недооцінений аспект зміни клімату: складну взаємодію між мікробами, рослинами та кругообігом поживних речовин. Ігнорування цих динамічних процесів може призвести до неточних кліматичних прогнозів і неефективних стратегій пом’якшення.
