Новая модель включает критические процессы взаимодействия растений и почвы в оценках климата

Новый инструмент моделирования изменения климата, разработанный учеными из Университета Индианы, Принстонского университета и NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований США), показывает, что удаление углекислого газа из атмосферы за счет усиленного роста растений при повышении уровня CO₂ будет частично компенсировано изменениями в активности почвенных микробов, получающих энергию от роста корней.

Почвы содержат больше углерода, чем вся биомасса растений Земли и атмосфера вместе взятые. Новое исследование, опубликованное Бенджамином Н. Сулманом, показало, что движущей силой повышенных выбросов является высокоактивное сообщество химических веществ и организмов в ризосфере — почве, окружающей корни. Отложение соединений, таких как сахара и органические кислоты, от живых корней может увеличить активность бактерий и грибов, что ускоряет разложение углерода в почве и ведет к более высоким выбросам CO₂. С другой стороны, эта повышенная активность может преобразовывать углеродные соединения в формы, которые легче связываются с частицами почвы, что позволяет им оставаться в ней дольше.

Глобальное моделирование, проведенное командой, показало, что микробные реакции на усиленную корневую активность при повышении CO₂, зависящие от вида растений, климата и минералогии почвы, привели к потере глобальных запасов почвенного углерода. Это противодействовало дополнительному накоплению углерода в результате усиленного роста растений во многих регионах мира. Наиболее сильные эффекты наблюдались в умеренной зоне Северной Америки, Западной Европе, Юго-Восточной Азии и Южной Африке, тогда как наибольший прирост запасов углерода в почве был зафиксирован в бореальной Северной Америке, Сибири и тропической Южной Америке.

До этой работы компьютерные модели, используемые для прогнозирования будущих изменений климата, как правило, не могли симулировать взаимодействия между ростом растений и скоростью микробного разложения. Новая модель CORPSE (Carbon, Organisms, Rhizosphere and Protection in the Soil Environment) представляет собой значительный шаг вперед в способности ученых моделировать глобальный углеродный цикл. Она уже интегрирована в следующее поколение глобальной модели суши, используемой для климатического моделирования в Геофизической лаборатории динамики жидкости NOAA.

«Эта модель позволит включить критические процессы взаимодействия растений и почвы в будущие оценки климата», — отметил соавтор Ричард П. Филлипс. Симуляции для экспериментов проецировались на 30-летний период и показали, что взаимодействия корней и микробов стимулировали защиту углерода в почвах, где низкие температуры ограничивали разложение (высокогорья), и в регионах с высоким содержанием глины, таких как тропическая Южная Америка, где углеродные соединения связывались с минеральными частицами.

Сулман и Филлипс продолжают работу, проверяя прогнозы модели против полевых данных, собранных в различных экосистемах, чтобы улучшить предсказания роли взаимодействий растений и почвы в глобальном изменении климата. Исследование «Microbe-driven turnover offsets mineral-mediated storage of soil carbon under elevated CO₂» опубликовано в журнале Nature Climate Change.