Вклад остатков бактерий в плодородие почвы был недооценен
Остатки погибших бактерий имеют гораздо большее значение для почв, чем считалось ранее. Около 40% микробной биомассы преобразуется в органические почвенные компоненты, сообщают исследователи из Центра экологических исследований имени Гельмгольца (UFZ), Технического университета Дрездена, Стокгольмского университета, Института биологии развития имени Макса Планка и Университета Лейбница в Ганновере в журнале Biogeochemistry. До сих пор предполагалось, что органические компоненты почвы состоят в основном из разложившегося растительного материала, который напрямую превращается в гуминовые вещества. В лабораторном эксперименте и полевых испытаниях исследователи опровергли эту гипотезу. Очевидно, легко биологически разлагаемый растительный материал сначала преобразуется в микробную биомассу, которая затем служит исходным материалом для органического вещества почвы.
Органическое вещество почвы представляет собой самую большую долю углерода, связанного в наземной биосфере. Эти соединения играют важную роль не только для плодородия почв и урожайности в сельском хозяйстве, но и являются одним из ключевых факторов, контролирующих концентрацию диоксида углерода (CO₂) в атмосфере. Таким образом, изменение климата может замедляться или ускоряться в зависимости от управления почвенными ресурсами.
В лабораторном эксперименте исследователи пометили модельные бактерии стабильным изотопом ¹³C и внесли их в почву из долгосрочного эксперимента «Ewiger Roggenbau» в Галле. Через 224 дня была определена судьба углерода бактериального происхождения. Были обнаружены фрагменты бактериальных клеточных стенок размером до 500 x 500 нанометров. Их накоплению, по-видимому, способствуют пептиды и белки из жидкого содержимого клеток, которые остаются в почве в большей степени, чем другие клеточные компоненты. Эти материалы позволяют образовать на минеральных компонентах почвы пленку из органических молекул, на которой накапливается и стабилизируется углерод из погибших бактерий.
«Этот новый подход объясняет многие свойства органических почвенных компонентов, которые ранее рассматривались как противоречивые», — говорит профессор Маттиас Кестнер из UFZ. Гипотеза была проверена в полевых условиях на образцах почвы возрастом от 0 до 120 лет из предгорья ледника Дамма в Швейцарии. Сканирующая электронная микроскопия показала, что покрытие почвенных минеральных частиц пленкой из остатков бактериальных клеточных стенок увеличивалось с возрастом почвы, что подтвердило лабораторные результаты.
«Даже если большая часть органического углерода в экосистемах изначально производится растениями, мы смогли показать, что значительная часть органического материала фактически состоит из остатков бактерий и грибов. Это подчеркивает важность бактерий как организмов во всех типах почв», — резюмирует Маттиас Кестнер. Они также важны для глобального климата: разложение этого органического материала приводит к образованию CO₂. По оценкам из Великобритании, количество CO₂, ежегодно попадающего в атмосферу из-за разложения органического материала в почвах Англии и Уэльса, сопоставимо с объемами ежегодного сокращения выбросов парниковых газов в этих странах. Это означает, что без защиты почв не может быть достигнут значительный прогресс в защите климата.