Для большинства растений углекислый газ действует как стероид: чем больше они могут поглощать, тем больше они становятся. Но в новом исследовании, опубликованном 25 сентября, ученые Смитсоновского института обнаружили нечто странное, происходящее в болотах. При более высоких уровнях углекислого газа болотные растения давали не более крупные стебли, а стебли значительно меньшего размера.
«Я не думаю, что кто-то ожидал этого», - сказал Мэн Лу, ведущий автор нового исследования в журнале Nature Climate Change. В течение многих лет ученые знали, что углекислый газ увеличивает общую биомассу болотных растений, поэтому казалось естественным думать, что отдельные растения тоже становятся больше.
"Все думали, ладно, [растений] стало больше, биомасса увеличилась, значит, высота, ширина, все должно увеличиться. Но на болоте это не так", - сказал он.
Лу, профессор-исследователь китайского университета Юньнань, сделал это открытие, будучи постдоком в Смитсоновском центре экологических исследований (SERC) в Мэриленде. Он работал на приливном болоте под названием «Водно-болотное угодье для исследования глобальных изменений», где проводился один из самых продолжительных полевых экспериментов по изменению климата в мире. В экспериментальных камерах ученые Смитсоновского института выращивали углекислый газ более 30 лет. Они отслеживают, как растут болотные растения в мире, где уровень углекислого газа почти в два раза выше, чем сегодня - уровни, которые мы могли бы увидеть к концу века.
Каждый год ученые собирали растения в камерах и измеряли их общую биомассу, стебли, корни и другие ключевые характеристики. Это дало Лу три десятилетия данных для изучения. Проведя подсчеты, он понял, что в камерах с высоким содержанием углекислого газа биомасса всех болотных осок увеличилась на 20%. Более насыщенный углекислым газом побуждал болотную осоку выращивать больше стеблей в более толстых гроздьях. Но, что удивительно, отдельные стебли уменьшились на 16%.
Стебли усыхают из-за другого ингредиента, необходимого растениям для роста: азота.
«Если мы получаем больше углерода, нам нужно больше азота, чтобы кормить растения», - сказал Лу. По словам Лу, углекислый газ и азот подобны пище для растений. Если углекислый газ обеспечивает их сахар, то азот обеспечивает их белок. Без азота дополнительные инъекции углекислого газа не заставят растения вырастить более крупные стебли. Вместо этого растения будут распространять свои корни глубже под землю, пытаясь получить больше азота из почвы. И поскольку большинство болотных растений являются «клональными» (они могут размножаться, создавая копии самих себя), они, естественно, выпускают больше стеблей над землей по мере того, как их корни распространяются. Это означает больше растений, чем более крупные.
Это именно то, что ученые наблюдали в камерах, где они увеличивали только количество углекислого газа. Однако в камерах, где поднимали и углекислый газ, и азот, эффект «сморщивания стеблей» исчезал. Растения смогли вырастить больше стеблей и сделать их больше благодаря дополнительному азоту.
«Мы знали, что увеличение количества азота способствует росту побегов, а не корней, и наоборот, углекислого газа, но мы никогда не задумывались, как это влияет на количество и размер растений», - сказал Пэт Мегонигал, соавтор - автор и старший научный сотрудник SERC, курирующий водно-болотные угодья исследования глобальных изменений. «Мы думаем, что усыхание стеблей может происходить во многих других экосистемах с клональными растениями».
Это может быть хорошей новостью для болота и для людей, живущих поблизости. Наличие более толстой стены стеблей - даже более коротких - усиливает защитную силу болота. Плотное болото хорошо поглощает энергию ураганов и штормов. Более плотные корни, еще один побочный эффект высокого содержания углекислого газа, могут быть еще одним плюсом. Корни позволяют болоту формировать почву. Когда болото образует почву, вся его высота повышается, что дает ему шанс опередить повышение уровня моря.
«Ускоряющееся повышение уровня моря представляет угрозу для болот во всем мире», - сказал Мегонигал. «Возможность того, что болота смогут улавливать больше отложений одновременно, является поводом для оптимизма».