Отпечаток для формирования выбросов закиси азота

Ученые под руководством Элизы Харрис и Михаэля Бана из Института экологии Университета Инсбрука смогли изучить выбросы парникового газа N₂O под влиянием факторов окружающей среды с беспрецедентной детальностью. Исследование, опубликованное в Science Advances, также является отправной точкой для создания моделей, способных прогнозировать будущую динамику выбросов этого парникового газа в экосистемах в условиях глобального изменения климата.

Закись азота (N₂O) — мощный парниковый газ, темпы роста концентрации которого в атмосфере ускорились за последнее десятилетие. Основная доля антропогенных выбросов N₂O происходит из-за удобрения почв азотом, который преобразуется в N₂O посредством различных абиотических и биологических процессов. Команда ученых изучила 16 интактных монолитов субальпийских лугов с долговременной исследовательской площадки Kaserstattalm в Тироле. Почвенные блоки подвергались экстремальной засухе с последующим увлажнением, что отражает климатические изменения, с которыми сталкиваются многие регионы мира.

«Нашей целью было количественно оценить чистый эффект засухи и последующего увлажнения на процессы образования и выбросов N₂O, что в настоящее время в значительной степени не изучено», — говорит Элиза Харрис. Вопреки ожиданиям, процесс денитрификации — восстановления нитрата до N₂O и молекулярного азота (N₂) специализированными микроорганизмами — доминировал в производстве N₂O в очень сухих почвах. Ранее считалось, что этот процесс происходит в основном во влажных, бедных кислородом почвах. Это означает, что во время засухи в атмосферу может выделяться больше N₂O, чем ожидалось.

«Мы обнаружили, что вызванные засухой скопления азотсодержащего органического вещества на поверхности образцов почвы служат триггерами для денитрификации в сухой почве. Это указывает на важную роль ранее плохо изученных путей хемоденитрификации и коденитрификации», — объясняет Элиза Харрис. В целом, наибольшая эмиссия N₂O наблюдалась именно при повторном увлажнении после экстремальной засухи.

Ключом к успеху исследования стало использование лазерной изотопной спектроскопии в рамках проекта LTER-CWN. «С помощью этой новой аналитической техники мы можем определить изотопный состав N₂O. Таким образом, мы получаем своего рода отпечаток процесса формирования выделяемого N₂O, что, в свою очередь, помогает понять его микробный путь образования», — подчеркивает Элиза Харрис. Молекулярно-экологические анализы также помогли определить, какие гены и микробы участвуют в трансформации азота. Долгосрочная цель исследователей — использовать модели для прогнозирования динамики выбросов экосистем в условиях изменения климата.