По мере потепления климата и учащения периодов региональной засухи торфяники — одни из важнейших поглотителей углерода на планете — всё чаще оказываются под угрозой. Однако исследование, проведённое международной группой учёных, включая специалистов из Бристольского университета, показало, что экосистемы торфяников могут иметь естественную защиту благодаря совместным усилиям растений и микробов.
Исследование
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что в исторические периоды засухи рост древесных растений на субтропических торфяниках Китая улучшил качество органического вещества и подавил разложение микробной активности. Это сотрудничество растений и микробов помогло сохранить запасы углерода в то время, когда они могли быть потеряны в атмосфере.
Ведущий автор доктор Иминг Чжан, старший научный сотрудник Бристольского университета, сказал: «Древесные растения не просто выживали в условиях засухи — они помогали повысить устойчивость. Их вклад сделал торф более химически устойчивым к разрушению, а микробы в ответ скорректировали свой метаболизм, снизив скорость потери углерода. Это удивительная естественная обратная связь, которую мы не до конца понимали раньше».
Методы исследования
Команда использовала комбинацию анализа макрофоссилий растений, микробных липидных биомаркеров и методов изотопного анализа углерода и водорода для реконструкции экологических изменений за последние 14 000 лет на торфянике Чжаогунтин в южном Китае.
Исследователи обнаружили, что в период засухи среднего голоцена, датируемый 8 000–6 000 лет назад, древесные растения быстро распространились, вытеснив травы и продолжая сосуществовать со мхами. Этот сдвиг в растительности изменил состав органического вещества торфа. Углеводы стали менее распространены, а ароматические соединения увеличились, что привело к переходу к более трудноразлагаемому пулу углерода.
В ответ микробные сообщества продемонстрировали признаки подавленной гетеротрофной активности (когда организм питается органическими остатками других растений или животных для получения энергии и питательных веществ) и, возможно, перешли к более автотрофным режимам метаболизма (когда организм сам производит себе пищу).
Результаты показали, что эти комбинированные изменения способствовали резкому пику накопления углерода в период засухи, причём темпы были почти в три раза выше, чем в другие периоды.
Соавтор исследования профессор Рич Панкост, профессор биогеохимии в Институте окружающей среды Кабот Бристольского университета, сказал: «Растительность торфяников очень чувствительна к изменению климата. Эта работа показывает, как это может существенно повлиять на состав органического вещества и его реактивность. Кроме того, она раскрывает сложность положительных и отрицательных обратных связей между изменением климата, экологическими реакциями и углеродным циклом».
Соавтор исследования профессор Анжела Галлего-Сала, биогеохимик из Университета Эксетера, добавила: «Мы знаем, что торфяники — это устойчивые экосистемы, которые существуют тысячелетиями, с некоторыми действительно уникальными гидроэкологическими обратными связями. Но эта работа представляет доказательства нового, ранее неизвестного процесса, который защищает торфяники в более тёплых и сухих условиях, что имеет важное значение для судьбы торфяников в условиях текущего изменения климата».
Ограничения защитной обратной связи
Исследование также подчёркивает, что, вероятно, у этой защитной связи между растениями и микробами есть пределы. Доктор Чжан, который также проводил это исследование в своей предыдущей должности постдокторанта в Китайском университете наук о Земле в Ухане, сказал: «Распространение древесных растений не бесконечно увеличивает накопление углерода, и могут существовать экологические пороги, за которыми торфяники переходят в принципиально другие экосистемы, что может привести к возобновлению потери углерода».
Дальнейшие исследования необходимы для лучшего понимания того, как экосистемы торфяников реагируют на климатически обусловленные переходы, особенно в тропиках и на деградированных ландшафтах. Команда Climate, Energy and Carbon in the Earth System (CERES) под руководством профессора Рича Панкоста изучает, как микробные процессы и углеродный цикл действуют в этих уязвимых системах.
Предоставлено University of Bristol