Рост концентрации CO₂ в атмосфере глобально влияет на фотосинтез сфагновых мхов

Ученые из Университета Умео и Шведского университета сельскохозяйственных наук разработали методы, позволяющие расшифровать влияние роста CO₂ за последние 100 лет на метаболические потоки у ключевых видов растений торфяников — сфагновых мхов. Анализ целлюлозы в кернах торфа, собранных коллегами с пяти континентов, показал, что стимулируемое CO₂ усиление фотосинтеза мхов сильно зависит от уровня грунтовых вод, что может изменить видовой состав сообществ сфагнума.

Торфяники, покрывая лишь 3% суши, хранят треть мирового запаса почвенного углерода. Однако влияние на них климатических изменений, включая рост CO₂ почти на 50% за XX век, оставалось малоизученным. Новое исследование проливает свет на то, как торфяные мхи реагируют на повышение концентрации CO₂ и продолжат ли они смягчать изменение климата в будущем.

Для этого ученые применили новый метод ядерного магнитного резонанса, сравнив распределение стабильного изотопа водорода — дейтерия — в целлюлозе современных и столетних торфяных мхов из десяти локаций по всему миру. Это позволило реконструировать изменения эффективности фотосинтеза за XX век, оценив влияние фотодыхания — побочной реакции фотосинтеза. «Фотодыхание критически важно для углеродного баланса растений, так как снижает эффективность фотосинтеза до 35%, и оно подавляется при росте CO₂, но ускоряется при повышении температуры», — поясняет профессор Юрген Шлойхер.

Анализ показал, что рост CO₂ за последнее столетие действительно снизил фотодыхание, что, вероятно, уже способствовало накоплению углерода в торфяниках. Однако этот эффект наблюдался только при промежуточном уровне грунтовых вод, но не в условиях слишком высокой или низкой влажности. Поскольку мхи, в отличие от высших растений, не могут транспортировать воду, их фотосинтетическая деятельность напрямую контролируется уровнем воды.

Зависимость эффекта от уровня воды может иметь серьезные последствия для видового состава торфяников, так как пользу от высокого CO₂ получат лишь мхи, растущие на оптимальном расстоянии от водного зеркала. Таким образом, изменения водного баланса торфяников могут сильно повлиять на их будущую способность связывать углерод. «Чтобы спрогнозировать судьбу торфяников в меняющемся климате, необходимо интегрировать наши данные в модели фотосинтеза, учитывая будущие уровни CO₂, рост температур и изменения в осадках», — отмечает Юрген Шлойхер.

Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.