Тропические леса - союзники в борьбе с изменением климата. Растущие деревья поглощают выбросы углерода и хранят их в виде древесной биомассы. В результате лесовосстановление земель, когда-то расчищенных для лесозаготовок, добычи полезных ископаемых и сельского хозяйства, рассматривается как мощный инструмент для ограничения больших объемов выбросов углерода в южноамериканских тропиках.
Но новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что способность тропических лесов удерживать углерод зависит от группы деревьев, обладающих уникальным талантом - способностью фиксировать азот из атмосферы.
Исследование смоделировало, как сочетание видов деревьев, растущих в тропическом лесу после нарушения, такого как сплошная вырубка, может повлиять на способность леса поглощать углерод. Команда обнаружила, что присутствие деревьев, фиксирующих азот, может удвоить количество углерода, которое лес хранит в первые 30 лет отрастания. В зрелом возрасте леса с азотфиксацией поглощали на 10% больше углерода, чем леса без фиксации.
Сара Баттерман, научный сотрудник Кэриского института экосистемных исследований и соавтор статьи, поясняет: «Мы хотим использовать эту работу для управления лесовосстановлением тропических лесов, чтобы оптимизировать поглощение углерода и устойчивость. Это требует понимания того, какое сочетание деревьев необходим для максимального долгосрочного накопления углерода при сохранении устойчивости к будущим климатическим условиям. Наши результаты показывают, что деревья, фиксирующие азот, являются ключевым компонентом рецепта лесовосстановления».
Азотфиксирующие растения сотрудничают с почвенными микробами, превращая атмосферный газообразный азот в форму азота, доступную для роста растений. Благодаря этим взаимодействиям азотфиксаторы способны самоопыляться. Эта адаптация дает им преимущество на недавно расчищенных тропических почвах ранней сукцессии, бедных азотом. Фиксаторы также помогают удобрять близлежащие растения, когда они сбрасывают листья, и возвращают азот в почву.
В тропиках широко распространены азотфиксирующие деревья, но они могут быть относительно редки в недавно восстанавливающихся лесах. Их большие, богатые питательными веществами семена часто разносятся дикими животными. Наличие семян, рассеянных животными, является недостатком на ранних стадиях отрастания леса, когда животные, когда-то жившие в лесу, еще не вернулись. Посадка фиксажей в рамках усилий по лесовосстановлению может ускорить развитие лесов и накопление углерода.
Баттерман говорит: «Чтобы понять функцию азотфиксирующих деревьев в тропическом лесу, нам нужно изолировать их эффекты. Мы не можем сделать это в реальном лесу, потому что добавление или удаление деревьев изменило бы другие аспекты экосистема, например доступность света, что могло бы исказить выводы. Для измерения также потребуются десятилетия или столетия. Вместо этого мы разработали модель для количественной оценки экосистемных процессов, таких как круговорот азота, которые влияют на рост лесов и поглощение углерода».
Используя данные, собранные на 112 участках тропических лесов в Панаме - запись, которая включает данные о более чем 13 000 отдельных деревьев в возрасте от пяти до 300 лет после нарушения - исследовательская группа разработала модель, которая представляет взаимодействие между почвы, растений и питательных веществ в масштабе отдельных деревьев. Модель учитывает конкуренцию между растениями за свет и питательные вещества, круговорот питательных веществ между растениями и почвой и фиксацию азота на уровне деревьев.
Деревья были разделены на четыре группы, которые уникальны для разных стадий отрастания леса, включая ранние, средние и поздние сукцессионные виды, а также азотфиксаторы. Изменив способность деревьев фиксировать азот в своей модели, команда смогла предсказать, как быстро углерод накапливается в лесу и сколько углерода он способен хранить.
Баттерман объясняет: «Леса с азотфиксирующими деревьями растут быстрее в начале сукцессии и имеют более высокий потенциал хранения углерода, чем леса без азотфиксаторов. Они также быстрее восстанавливаются при столкновении с нарушениями».
Для количественной оценки круговорота азота в тропических лесах многие существующие модели используют общеэкосистемные параметры, такие как эвапотранспирация и чистая первичная продукция, для оценки потоков азотфиксации. Эти модели, как правило, завышают количество азота в системе.
Ведущий автор Дженнифер Леви-Варон, которая работала над исследованием в качестве научного сотрудника с докторской степенью в Принстонском университете, говорит: «Наша модель уникальна, потому что вместо того, чтобы рассматривать процессы в масштабах всей экосистемы и использовать их для оценки потоков азота, мы оттачиваем отдельные деревья, что дает нам более точное представление о вкладе азотфиксаторов в баланс азота в лесу и связанное с этим связывание углерода."
Чтобы понять важность деревьев, фиксирующих азот, команда использовала свою модель, чтобы предсказать, сколько дополнительного углерода может храниться в восстановленных лесах в тропических странах на основе площадей, обещанных Боннским вызовом.
«Боннский вызов» - это международная инициатива по восстановлению лесов на 350 млн гектаров земли к 2030 году. Мы обнаружили, что, включив в эти усилия деревья, фиксирующие азот, тропические страны могут поглощать дополнительно 6,7 Гт углекислого газа в течение следующего года. 20 лет. Чтобы придать этой цифре некоторый контекст, 6,4 Гт - это общее количество эквивалента CO2, выброшенного в США в 2017 году. Это сопоставимо с пробегом в 15,6 триллиона миль, что составляет около 5 лет выбросов автомобилей в США». - говорит Баттерман.
Соавтор Ларс Хедин, профессор экологии и эволюционной биологии Принстонского университета, заключает: «Эта модель приближает нас к пониманию важности тропических лесов в глобальном углеродном цикле и их роли в удалении углекислого газа, вызывающего парниковый эффект. из атмосферы."