Почвы выделяют в атмосферу примерно 40–60 петаграмм (Пг) углерода ежегодно за счёт микробного метаболизма. Прогнозируется, что климатическое потепление усилит микробное дыхание в почве, что усилит положительные обратные связи между углеродом и климатом. Однако остаётся неясным, может ли эта обратная связь ослабнуть в течение нескольких лет.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследовательская группа под руководством профессора Лю Цзюсю в Южно-Китайском ботаническом саду Китайской академии наук провела десятилетнее исследование, в ходе которого был обнаружен ранее неизвестный механизм буферизации в почвах субтропических лесов, смягчающий последствия климатического потепления.
Команда выяснила, что при долгосрочном потеплении микробные сообщества в почве претерпевают фундаментальную реорганизацию, формируя более стабильные сети, которые используют углерод более эффективно, тем самым снижая выбросы углерода в атмосферу.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances 12 ноября, ставит под сомнение текущие прогнозы климатических моделей, показывая, что первоначальный всплеск выбросов углерода из прогретых почв со временем уменьшается, поскольку микробный метаболизм углерода подвергается тепловой адаптации.
«То, что мы наблюдали, — это сложная реакция природы на экологический стресс», — сказал профессор Лю. «Микробные сообщества не пассивны — они активно перестраивают свои взаимодействия для поддержания стабильности экосистемы в меняющихся условиях».
Исследователи продемонстрировали, что эффективность использования микробного углерода (доля метаболизированного углерода, направляемая на рост микроорганизмов) стала положительно коррелировать с температурой почвы после десяти лет потепления. Это противоречит ранее предсказанной отрицательной тепловой реакции.
Примечательно, что этот сдвиг был обусловлен не изменениями в микробном разнообразии, а реструктуризацией микробного сообщества в сторону более стабильных сетей. В этих сетях доминируют медленнорастущие эффективные микроорганизмы (K-стратеги), что усиливает тепловую адаптацию микробного метаболизма. В результате микробное дыхание и рост вернулись к уровням, сопоставимым с уровнями в незагретых почвах, частично компенсируя первоначальные потери углерода.
Выводы исследования
Результаты имеют значение для климатического моделирования и управления экосистемами. Исследователи отметили, что текущие модели земной системы, многие из которых предполагают фиксированные значения для эффективности использования микробного углерода, могут переоценивать долгосрочные потери углерода из почв. Включение динамики микробных сетей и процессов тепловой адаптации в эти модели может повысить их прогностическую точность.
Исследование также предполагает, что такие стратегии, как микробная инокуляция или другие подходы к повышению стабильности почвы, могут быть разработаны для повышения устойчивости лесов к изменению климата.
Однако исследователи отметили, что эта буферная способность не безгранична. «Положительная реакция роста растений, которую мы наблюдали, может не обязательно проявляться в низменных тропических лесах, где температуры уже выше», — сказал доцент Чжоу Шуйидань, другой соавтор исследования. «Кроме того, вызванная потеплением засуха может ослабить или даже нарушить способность микробного сообщества к метаболической тепловой адаптации».
Более того, исследование подчёркивает, что, хотя почвы субтропических лесов обладают внутренней буферной ёмкостью в отношении климатического потепления, эта устойчивость имеет пределы. В условиях более интенсивного потепления этот биологический буфер может быть преодолён.
Это исследование даёт новое представление об уточнении климатических моделей и разработке природных решений для борьбы с изменением климата.
Предоставлено:
Китайская академия наук.