Исследование, проведённое под руководством учёных из Автономного университета Барселоны (UAB) и CREAF, показывает, что потеря азота из арктических почв не только лишает растения жизненно важного питательного вещества, но и способствует пропорциональному и необратимому увеличению выбросов CO₂. Исследование проводилось на субантарктических лугах в Исландии, где естественные геотермальные градиенты имитируют воздействие потепления почвы на самые холодные экосистемы планеты. На лето запланирована новая экспедиция по сбору образцов.
Половина углерода Земли хранится в замёрзших почвах Арктики и субантарктических регионов
Половина углерода Земли хранится в замёрзших почвах Арктики и субантарктических регионов, включая территории Гренландии, Канады, Аляски, Скандинавии и Исландии. Учёные уже знали, что микроорганизмы, живущие в этих экосистемах, стали более активными из-за повышения температуры, потребляя больше углерода и выделяя его в атмосферу в виде углекислого газа (CO₂).
Однако исследование, опубликованное недавно в журнале Global Change Biology, под руководством исследователя CREAF и UAB Сары Мараньон, показало, что потепление также истощает запасы азота в почвах.
Азот — важное питательное вещество для растений
Азот — важное питательное вещество для растений: без достаточного его количества они растут хуже, поглощают меньше CO₂ и не могут компенсировать выбросы углерода из почвы, что приводит к непредвиденному, необратимому увеличению общего баланса.
Согласно данным исследования, при каждом повышении температуры на один градус Цельсия теряется от 1,7% до 2,6% азота в почве, что приводит к пропорциональной потере углерода (в виде CO₂) в атмосферу.
Команда, стоящая за исследованием, сделала это открытие в ходе десятилетнего эксперимента, проведённого в Исландии, где геотермальная активность создаёт температуры почвы в диапазоне от 0,5 °C до 40 °C выше окружающей температуры, что позволяет напрямую наблюдать, как тепло влияет на высокоширотные почвы.
«Мы уже знали, что изменение климата приводит к тому, что арктические почвы выделяют больше CO₂, но мы думали, что хотя бы часть выбросов будет компенсирована ростом растений, который немного увеличивается при потеплении», — говорит Мараньон. «Но наше исследование показывает, что это не так. Азот теряется, плодородие почвы снижается, что не позволяет арктическим экосистемам компенсировать микробные выбросы CO₂».
В нормальных условиях, объясняет Мараньон, микроорганизмы более активны весной и летом. Они потребляют азот и превращают его в аммоний и нитраты, соединения, которые растения поглощают для питания. Но потепление влияет на синхронность процесса: микроорганизмы становятся активными зимой, когда растения ещё неактивны из-за недостатка света и ещё не нуждаются в питательных веществах, которые предоставляют микроорганизмы, что приводит к тому, что предложение опережает спрос.
В результате преобразованный азот остаётся неиспользованным и теряется. Часть его может попасть в грунтовые воды в виде нитратов и загрязнить водные системы; другая часть может быть выделена в виде закиси азота (N₂O), парникового газа, который почти в 300 раз мощнее CO₂. Это, предупреждает Мараньон, «опасный коктейль».
Кроме того, команда обнаружила, что более высокие температуры снижают способность почвы удерживать азот. Одним из факторов этого является то, что потепление сокращает не только количество и размер микроорганизмов, но и количество мелких корней — естественных хранилищ азота, — так что «запасов становится всё меньше и меньше», как отмечает Мараньон.
Результаты исследования показывают, что наибольшие потери азота происходят в период таяния снега, когда естественные запасы этого элемента в почве наиболее велики, но растения ещё не успели вырасти достаточно, чтобы поглотить его.
Исследование включало сбор образцов с участка субантарктических лугов на юго-западе Исландии, недалеко от деревни Хверагерди, где землетрясение 2008 года создало естественные геотермальные градиенты, которые нагревают почву до различных температур, не изменяя других факторов (например, света, минералов в почве, осадков, ветра и т. д.). Эта особенность делает это место идеальной природной лабораторией для проведения исследований о том, как потепление почвы повлияет на холодные экосистемы планеты.
Чтобы лучше понять, где и когда происходит потеря азота, команда использовала аминокислоты водорослей, меченные тяжёлым изотопом азота (азот-15), который действует как индикатор, позволяя отслеживать путь питательных веществ через экосистему.
Команда организует новую экспедицию по сбору образцов в августе, чтобы продолжить исследование того, как изменение климата влияет на высокоширотные почвы в рамках проекта SOCRATES.