Почвы или растения будут поглощать больше CO₂ при росте уровня углерода — но не вместе

Углекислый газ в атмосфере стимулирует рост растений. С ростом уровня углерода возникает заманчивая идея, что ускоренный рост растений и масштабные кампании по лесовосстановлению смогут поглощать CO₂, производимый сжиганием ископаемого топлива, сельским хозяйством и другими видами деятельности человека.

Однако новое исследование, опубликованное 24 марта в журнале Nature, показывает, что когда повышенный уровень CO₂ стимулирует рост растений, это неожиданно сильно сказывается на другом крупном поглотителе углерода — почве.

По словам авторов, вероятное объяснение заключается в том, что растения, по сути, «добывают» из почвы питательные вещества, необходимые для поддержания роста, подпитываемого углеродом. Извлечение дополнительных питательных веществ требует активизации микробной деятельности, которая затем высвобождает CO₂ в атмосферу, который в противном случае мог бы остаться связанным в почве.

Эти выводы противоречат широко распространенному предположению, что биомасса и почвенный углерод будут увеличиваться одновременно по мере того, как больше растительной биомассы попадает на землю и превращается в органическое вещество. Проанализировав данные 108 ранее опубликованных экспериментов, касающихся уровня углерода в почве, роста растений и высокой концентрации CO₂ в воздухе, авторы с удивлением обнаружили обратное.

«Когда растения увеличивают биомассу, обычно происходит уменьшение запасов углерода в почве», — заявил ведущий автор Сесар Террер, сотрудник Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, работавший над исследованием в качестве постдока в Стэнфордском университете.

Террер и коллеги обнаружили, что почвы накапливали больше углерода только в тех экспериментах, где рост растений оставался довольно стабильным, несмотря на высокий уровень углерода в атмосфере. «Оказалось, что увеличить одновременно и рост растений, и содержание углерода в почве гораздо сложнее, чем ожидалось», — сказал старший автор исследования Роб Джексон, профессор наук о системе Земли в Школе Земли, энергетики и наук об окружающей среде Стэнфорда (Stanford Earth).

Джексон отметил, что широко используемые сегодня климатические прогнозы не учитывают этого компромисса. В результате они, вероятно, переоценивают потенциал земель по поглощению углекислого газа из атмосферы Земли.

Растения и почвы вместе в настоящее время поглощают, по оценкам, 30% CO₂, ежегодно выбрасываемого в результате деятельности человека. Предсказание того, как будет меняться подземная часть этого поглотителя углерода в ближайшие десятилетия, особенно важно, потому что углерод, поглощенный почвой, как правило, остается там надолго. «Когда растение умирает, часть углерода, накопленного в его биомассе, может вернуться в атмосферу. В почвах углерод может храниться веками или тысячелетиями», — пояснил Террер.

Исследование опирается на работу Террера, Джексона и коллег, опубликованную в 2019 году, в которой оценивалось, что удвоение атмосферного CO₂ по сравнению с доиндустриальным уровнем — чего ожидают к концу этого века — увеличит растительную биомассу всего примерно на 12%. Другими словами, растения, вероятно, будут играть гораздо менее значительную роль в поглощении углерода, чем предсказывалось ранее.

Теперь, изучив, как работает хранение углерода в растениях и почвах вместе, ученые обнаружили, что ожидания относительно другой части климатической головоломки также нуждаются в пересмотре. «Почвы во всем мире хранят больше углерода, чем содержится во всей растительной биомассе. Они требуют гораздо большего внимания, когда мы прогнозируем судьбу лесов и лугов в условиях меняющейся атмосферы», — сказал Джексон, который также является старшим научным сотрудником Стэнфордского института окружающей среды Вудса.

Исследование предполагает, что луга могут поглощать неожиданно большое количество углерода в ближайшие десятилетия. По сценарию, при котором атмосферный CO₂ вдвое превышает доиндустриальный уровень, исследователи оценивают, что поглощение углерода почвами лугов увеличится на 8%, в то время как поглощение углерода лесными почвами останется примерно на прежнем уровне. Это несмотря на то, что обогащение CO₂ дает больший прирост биомассы в лесах (23%), чем на лугах (9%), отчасти потому, что деревья направляют под землю относительно небольшую часть поглощаемого углерода.

«С точки зрения биоразнообразия было бы ошибкой высаживать деревья в естественных экосистемах лугов и саванн», — сказал Террер. «Наши результаты показывают, что эти травянистые экосистемы с очень небольшим количеством деревьев также важны для хранения углерода в почве».