Болота занимают всего 3% площади земной суши, но в них хранится более 30% почвенного углерода всего мира. Они сохраняют органическое вещество и связывают углерод в течение десятков тысяч лет. Новое исследование предупреждает, что экстремальная засуха может увеличить потери углерода на болотах в условиях потепления климата в четыре раза.
В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи обнаружили, что в условиях, имитирующих будущий климат (с более высокими температурами и повышенным содержанием углекислого газа), экстремальная засуха резко увеличивает выброс углерода на болотах почти втрое. Это означает, что засухи в будущих климатических условиях могут превратить ценный поглотитель углерода в его источник, уничтожая запасы углерода за несколько месяцев, накопленные за 90–250 лет.
«По мере повышения температуры засухи становятся более частыми и серьёзными, делая болота более уязвимыми, чем прежде», — сказал Ици Ло, старший автор и профессор Либерти Хайд Бейли в Школе интегративных наук о растениях, в разделе почвоведения и сельскохозяйственных наук в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни (CALS).
«Мы добавляем новые доказательства, чтобы показать, что ставки на торфяниках высоки. Мы наблюдали, что экстремальные засухи могут уничтожить сотни лет накопленного углерода, так что это имеет огромное значение», — добавил он.
Уже было установлено, что засуха снижает продуктивность экосистем и увеличивает выбросы углерода на болотах, но это исследование — первое, в котором рассматривается, как эти потери усугубляются по мере потепления планеты и увеличения содержания углекислого газа в атмосфере.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) прогнозирует, что экстремальные засухи в ближайшем будущем станут в 1,7–7,2 раза более вероятными. С такой вероятностью, по словам Ло, результаты исследования являются ещё одним предупреждением о серьёзных последствиях глобального потепления и призывом уделять больше внимания болотам, несмотря на их небольшую географическую площадь.
«Это огромный резервуар углерода по сравнению с любой другой экосистемой», — сказал он. «Нам нужно найти способ смягчить последствия изменения климата и остановить рост температуры».
Ици Ло и его команда, включая первого автора и постдокторанта Цюань Цюань, использовали данные эксперимента по изучению реакции бореальных торфяников и хвойных лесов на климатические и экологические изменения (SPRUCE). Это полевой эксперимент, проводимый на естественном бореальном торфяном болоте в северной Миннесоте, где Национальная лаборатория Ок-Риджа провела глобальный эксперимент по изменению климата в 10 юрт-подобных испытательных камерах шириной 20 метров.
Внутри камер исследователи могут управлять температурой, а также уровнем углекислого газа.
В этом исследовании основное внимание уделялось потере углерода на торфяниках во время экстремальной засухи в июле и августе 2021 года в рамках 10 будущих сценариев изменения климата на площадке SPRUCE.
Исследователи обнаружили, что понижение уровня воды во время засухи восстанавливалось дольше при более высоких температурах и повышенном уровне углекислого газа, что приводило к увеличению выбросов углерода.
Ло ожидал, что более высокие температуры приведут к большим потерям углерода во время засухи, но влияние повышенного содержания углекислого газа — тот факт, что оно также усугубляет потери углерода — оказалось неожиданным. Повышенные уровни углекислого газа в «возвышенностях», районах, расположенных на более высокой отметке, чем торфяные болота или водно-болотные угодья, могут стимулировать фотосинтез и повышать эффективность использования воды растениями, частично смягчая последствия экстремальной засухи.
«Предыдущие исследования показали, что повышенное содержание углекислого газа обычно делает экстремальные явления менее значимыми, но наши результаты указывают на обратное», — сказал Ло.
В торфяниках команда обнаружила, что одно только повышенное содержание углекислого газа без повышения температуры действительно улучшало продуктивность экосистемы. Но при повышении температуры на 9 градусов Цельсия и повышенном уровне углекислого газа авторы пишут о «драматическом» увеличении выбросов углерода во время засухи 2021 года.
Цюань изучил данные и обнаружил, что повышенный уровень углекислого газа увеличил количество субстрата и растворённого углерода в болоте. Когда этот растворённый углерод подвергается воздействию кислорода во время засухи, в атмосферу выделяется больше углекислого газа.
Ло является частью команды Национальной лаборатории Ок-Риджа, в которую входит более 250 исследователей с 2015 года. Его группа работает над интеграцией данных, собранных на площадке, с моделями, чтобы лучше понять, как торфяники реагируют на изменения окружающей среды.
Предоставлено Корнельским университетом.