Когда почва прогревается, она выделяет больше углекислого газа (CO2), что еще больше способствует изменению климата. До сих пор предполагалось, что причина этого в основном связана с присутствием мелких почвенных животных и микроорганизмов, которые будут больше есть и дышать при более высоких температурах. Однако новое исследование в журнале Nature Climate Change показало, что это не так. Наоборот: если тепло сопровождается засухой, то почвенные животные едят еще меньше. По словам ученых, для повышения прогностической способности климатических моделей крайне важно лучше понять биологические процессы в почве.
Тот факт, что климат в мире меняется в основном из-за сжигания ископаемого топлива. Как следствие, в атмосферу Земли выбрасывается большое количество углекислого газа (CO2). Однако, кроме того, изменение климата также усиливается само по себе, потому что глобальное потепление также вызывает изменение естественного углеродного цикла. Хотя на Земле углерод постоянно превращается из твердых соединений в газообразный CO2 и наоборот, повышение температуры может еще больше увеличить потери углерода в форме CO2из почвы. В результате в атмосферу Земли поступает больше CO2: положительная обратная связь.
Ученые ранее предполагали, что этот эффект в основном связан с присутствием в почве мелких животных и микроорганизмов, которые питаются мертвой органикой (например, опавшими листьями). Потому что, когда они «сжигают» свою пищу, высвобождается CO2 («дыхание»). Предполагалось, что при более высоких температурах насекомые и черви, выполняющие разлагающие функции, будут больше есть, а мертвое органическое вещество в почве будет разлагаться быстрее. Ведь эти животные - пойкилотермы, температура тела и активность которых зависят от окружающей среды. Бактерии и одноклеточные грибы в почве также должны быть более активными при более высоких температурах, исходя из современных представлений. Но теперь новое исследование ставит под сомнение это предположение. Группа исследователей под руководством Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия (iDiv) и Лейпцигского университета провела эксперимент по моделированию нагревания почвы в лесу и неожиданно обнаружила: более высокие температуры не влияют на пищевую активность почвенные животные. Когда исследователи смоделировали второй эффект изменения климата в дополнение к потеплению, а именно засуху, результаты оказались даже обратными ожидаемому: почвенные животные ели меньше, а микроорганизмы, живущие в почве, показали снижение дыхания - указание на то, что они также потребляли меньше пищи.
Д-р Мадхав П. Тхакур, первый автор исследования, объясняет, почему эти результаты имеют большое значение: «Эффект обратной связи потепления климата через большее выделение CO2 из почвы является важным предположением в моделях, предсказывающих наш будущий климат. Поэтому важно знать, что вызывает этот эффект. Наши результаты показывают, что это могут быть не почвенные животные, а наоборот: их роль на самом деле может быть противоположной тому, что мы ожидали, по крайней мере, когда потепление и засуха происходят вместе». По словам профессора Нико Эйзенхауэра, старшего автора исследования: «Скорее всего, вместо почвенных животных и микроорганизмов за эффект обратной связи ответственны растения, потому что они тоже дышат своими корнями. Чтобы повысить достоверность климатических моделей, нам срочно необходимо лучше понять биологические процессы в почве». В конце концов, почва является основным резервуаром углерода на Земле, говорит ученый.
Исследование проводилось в рамках долгосрочного эксперимента по изменению климата в Миннесоте, США. В ходе эксперимента «B4WarmED» (Потепление бореальных лесов при угрожающем экотоне) ученые искусственно нагревают различные участки бореальных лесов на 3,4°C. Кроме того, они также уменьшают количество осадков на 40% в некоторых местах, устанавливая палатки в дождливую погоду. Ученые измерили, сколько почвенных животных съели, используя «полоски приманки»: маленькие палочки с отверстиями, в которые исследователи засыпали субстрат, напоминающий органическое вещество в почве. Эти палки были воткнуты глубоко в землю. Каждые две недели ученые проверяли, сколько субстрата было съедено. Исследователи провели более 40 таких измерений в течение четырех лет. Это первое исследование такого масштаба, посвященное изучению воздействия глобального потепления и засухи на разлагающих почвенных животных. Кроме того, исследователи проверили дыхание почвенных микроорганизмов, исключив корни растений металлическим кольцом на небольших участках почвы, а затем измерив, сколько CO2 высвобождается из почвы с помощью газоанализатора.