Группа учёных под руководством профессора Лю Сюэяня из Института геохимии Китайской академии наук разработала новую модель, которая количественно оценивает вклад трёх форм азота (нитраты, аммоний и растворённый органический азот) в общий азот наземных растений.
Используя эту модель в сочетании с глобальными данными о соотношении углерода и азота (C/N) и валовой первичной продуктивности (GPP) наземных растений, исследователи подсчитали, что валовое потребление углерода для усвоения азота наземными растениями составляет 208 ± 12 тераграмм углерода в год (Тг-C/год). Примечательно, что эта цифра превышает ежегодные выбросы углерода от лесных пожаров и деградации (155 Тг-C/год) и сопоставима с масштабами поглощения углерода лесами за счёт осаждения атмосферного азота.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience 6 октября.
Усвоение растениями почвенного азота и внутренняя ассимиляция азота зависят от углерода (C), фиксированного в процессе фотосинтеза. Биохимические исследования показали, что теоретические затраты углерода на ассимиляцию растениями нитратов, аммония и растворённого органического азота составляют в среднем 5,81, 4,32 и 2,16 грамма углерода на грамм азота (г-C/г-N) соответственно.
Предыдущие исследования в основном сосредоточивались на положительном влиянии азота на рост растений и поглощение углерода, в то время как метаболические затраты углерода на ассимиляцию азота растениями тщательно не оценивались. Этот пробел долгое время был «слепым пятном» в исследованиях углеродного цикла на суше. Новое исследование подчёркивает, что эти скрытые затраты углерода должны быть включены в учёт углеродного баланса.
Ожидается, что климатическое потепление усилит трансформацию почвенного азота, увеличивая предложение биодоступного азота, особенно неорганических форм, таких как нитраты и аммоний. Кроме того, это повысит потребность растений в азоте из-за ускоренного роста. Эти изменения могут привести к увеличению доли неорганического азота, усваиваемого растениями, и соответствующему росту связанного с этим потребления углерода, тем самым увеличивая общие затраты углерода на ассимиляцию азота растениями.
Для проверки этой гипотезы исследователи смоделировали вклад различных источников азота при сценарии потепления на 2,0 ℃. Комбинируя эти симуляции с соответствующими данными о соотношении C/N и GPP растений, они спрогнозировали, что общее потребление углерода для усвоения азота наземными растениями при таком сценарии потепления достигнет 249 ± 15 Тг-C/год. Это представляет собой среднее увеличение на 47 % (41 ± 19 Тг C) по сравнению с текущим уровнем (208 ± 12 Тг-C/год). Регионально увеличение составляет 9 % в тропических районах, 62 % в умеренных регионах и 105 % в бореальных зонах.
Климатическое потепление повышает доступность почвенного неорганического азота и его вклад в общую ассимиляцию азота растениями. Однако это также увеличивает метаболические затраты углерода, связанные с ассимиляцией азота растениями, компенсируя часть углерода, полученного в результате фотосинтеза. Этот эффект особенно значим на высоких широтах.
Это исследование раскрывает новые механизмы связи между процессами углерод-азотного цикла растительности и их климатическими реакциями и обратными связями, предоставляя новые доказательства для уточнения учёта глобального углеродного баланса и разработки будущих стратегий углеродной нейтральности и реагирования на климат.
Предоставлено:
Китайская академия наук