Согласно исследованию Дартмутского колледжа, Микробы, нуждающиеся в энергии, могут быть силой, которая заставляет огромное количество углерода храниться в глубоких слоях почвы. Исследование показало, что меньше энергии пищи на глубине затрудняет разложение отложений органического углерода, создавая подземное хранилище для дестабилизирующего климат химического элемента.
Исследование, опубликованное в журнале Soil Biology and Biochemistry, описывает условия, лежащие в основе того, действует ли глубинная почва как источник или поглотитель углерода.
Судьба глубинного углерода почвы имеет большое значение для исследователей, изучающих изменение климата. Подсчитано, что в почве хранится 2400 гигатонн углерода, причем две трети этого количества лежат ниже глубины 20 см. Количество углерода только в глубине почвы примерно в два раза превышает количество углерода в форме двуокиси углерода, которое существует в атмосфере Земли.
Если скорость разложения увеличится в результате изменения климата, то углерод, хранящийся в глубоких слоях почвы, будет выброшен в атмосферу в виде углекислого газа, вызывающего парниковый эффект. Исследование проверило, как разложение изменяется с глубиной почвы, чтобы помочь предсказать, будет ли углерод в почве уязвим для таких изменений, вызванных климатом..
«Глубинный углерод в почве имеет большое значение для понимания будущего изменения климата», - сказала Кейтлин Хикс Прис, доцент биологии в Дартмуте. «Понимание сил, которые заставляют такое количество углерода и весь его потенциал парниковых газов храниться под землей, помогает нам предсказать, как будет выглядеть наш будущий климат».
Почвенный органический углерод образуется в результате разложения мертвых растений и может оставаться в почве тысячи лет. Исследовательская группа решила посмотреть, как разлагается корневая подстилка на разной глубине, чтобы понять, почему некоторый углерод в глубине почвы может сохраняться в течение такого длительного периода времени и почему другой углерод выбрасывается в атмосферу..
Команда инкубировала корни на глубине от 15 до 95 см в 80-летнем насаждении хвойных деревьев в предгорьях калифорнийских гор Сьерра-Невада. Согласно исследованию, потеря углерода корневой подстилки в течение первых шести месяцев была одинаковой на всех глубинах. Однако через 30 месяцев потеря углерода на большей глубине была значительно медленнее.
Команда обнаружила, что меньшее количество энергии, доступной микробам в виде растворенного углерода, может быть причиной более медленного разложения. В результате более медленной скорости разложения углерод с большей вероятностью будет храниться в течение длительного времени.
"Живые тонкие корни питают почву субстратом, который подобен леденцу для микробов. Отсутствие этого источника энергии на глубине лишает микробы энергии, необходимой им для эффективного разложения мертвых корней", - сказал Хикс Прис..
Для проведения исследования команда также использовала модель ризосферы углеродных организмов и защиты в почвенной среде, разработанную в Принстонском университете и Калифорнийском университете в Мерседе. Программа, известная как CORPSE, предсказывает микробную активность и позволяет исследователям увидеть, как количество доступной энергии преобразуется в биологические процессы разложения корней.
CORPSE показал, что разложение происходит относительно быстро при наличии пищевой энергии, но без внешнего источника энергии микробы на глубине теряют способность разлагать корни.
«CORPSE позволяет нам сосредоточиться на роли живых существ в процессе разложения при изучении почвенного углерода, а не просто смотреть на материал, который разлагается», - сказал Бенджамин Сулман, ученый проекта из Калифорнийского университета., Мерсед. «Это исследование показывает, почему важно включать эти биологические процессы в компьютерные модели, которые мы используем для предсказания того, как экосистемы и климат изменятся в будущем."
Хотя полученные данные не позволяют предсказать, сколько углерода будет высвобождаться из глубоких слоев почвы за определенный промежуток времени, они позволяют исследователям понять, как изменение климатических условий может повлиять на судьбу углерода в глубоких слоях почвы.
Например, увеличение количества осадков может переносить больше энергии в виде растворенного органического углерода в более глубокие почвы и приводить к выбросу большего количества углерода в атмосферу. Изменение доминирующих растений на виды с глубоко растущими тонкими корнями также может привести к выбросу большего количества углерода в атмосферу, тогда как растения с грубыми корнями могут иметь обратное воздействие.
«Мы должны быть обеспокоены тем, что по мере повышения температуры этот органический углерод, находящийся глубоко в почве, может высвобождаться в виде углекислого газа, вызывая положительную обратную связь с изменением климата», - сказал Хикс Прис.
Согласно статье, процессам, контролирующим круговорот глубинного органического углерода в почве, уделялось мало внимания, несмотря на то, что более половины почвенного углерода в мире хранится ниже 20 см.
«Этот подход упускает из виду огромное количество углерода, которое находится в глубине почвы», - сказал Хикс Прис.
Исследования показывают, что уровень влажности и температура не влияют напрямую на скорость разложения в глубоких слоях почвы, как, вероятно, и на обилие микробов. Причиной может быть более низкий уровень азота, но потребуются дальнейшие испытания.