Многолетние исследования раскрывают новое понимание влияния изменения климата на запасы углерода в арктических почвах

Используя один из самых длительных экосистемных экспериментов в Арктике, группа исследователей под руководством Университета штата Колорадо получила лучшее понимание взаимодействия растений, микробов и почвенных питательных веществ. Эти выводы дают новое представление о том, как критические запасы углерода могут высвобождаться из тающей арктической вечной мерзлоты.

По оценкам, арктические почвы содержат почти в два раза больше углерода, чем в настоящее время находится в атмосфере. Ученые давно обеспокоены высвобождением значительных количеств углерода в виде парниковых газов из-за таяния вечной мерзлоты, процессом, который стимулируют микробы. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change, показывает, что потепление влияет на регион и другими способами, включая изменение продуктивности растений, состава растительности и баланса питательных веществ в почве, что также влияет на круговорот углерода.

«Наша работа была сосредоточена на выявлении механизмов, ответственных за судьбу углерода в Арктике, — сказала ведущий автор Меган Махмуллер. — Мы знаем, что температура играет большую роль, но в этом регионе также происходят сдвиги в экосистеме». В частности, регион переживает «окустарение» — увеличение численности и роста кустарников. Исследование показало, что в долгосрочной перспективе эти кустарники могут способствовать удержанию большего количества углерода в почве.

Для исследования команда протестировала образцы почвы с 35-летнего эксперимента на станции долгосрочных экологических исследований в Арктике (Arctic LTER) на севере Аляски. Через 20 лет после начала внесения питательных веществ ученые обнаружили значительную потерю почвенного углерода. Однако, повторно протестировав участки после 35 лет непрерывного внесения удобрений, команда Махмуллер обнаружила, что тенденция обратилась вспять: запасы углерода восстановились или даже превысили уровень на контрольных участках.

Лабораторные эксперименты с изотопными трассерами показали, что первоначально питательные вещества стимулировали микробное разложение, высвобождая CO₂. Но со временем, по мере роста кустарников, они изменили условия в почве, что сместило метаболизм микробов, замедлило скорость разложения и позволило запасам углерода восстановиться. «Это предлагает потенциальный биологический механизм, объясняющий, почему мы наблюдали чистую потерю углерода в первые 20 лет, но не после 35», — отметила Махмуллер.

Результаты подчеркивают важность долгосрочных исследований для понимания сложной реакции Арктики на изменение климата. Соавтор Лорел Линч добавила, что, хотя увеличение количества кустарников может удерживать углерод в почве, доминирование одного вида растений имеет и негативные экосистемные последствия, например, потерю разнообразия, критически важного для многих арктических животных.