Российские учёные завершили 24-летнюю работу, которая даёт новые знания о глобальном цикле углерода, а он напрямую связан с климатическими изменениями, происходящими на Земле. Эксперимент и наблюдения проводились в лесах Подмосковья. На протяжении всего времени биологи замеряли интенсивность так называемого дыхания почв (газообмена между атмосферой и землёй) в части выделяемого почвенной биотой и корнями растений углекислого газа.

Ученые из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН выяснили, что, хотя при повышении температуры активность микроорганизмов обычно растёт, в условиях засухи выделение CO2 снижается, поскольку биота, оказывается, также нуждается во влаге. При этом в разных типах почвы этот процесс идёт неодинаково. Полученные выводы помогут лучше понять, как будет меняться баланс между поглощением и выделением лесами углекислого газа в условиях участившихся засух. Результаты исследования опубликованы в журнале Forests, сообщает Russia Today.

Наземные экосистемы оказывают решающее влияние на природные потоки CO2 и его концентрацию в атмосфере. Относительная же стабильность атмосферы обеспечивается балансом между поглощением углекислого газа растениями в ходе фотосинтеза и его выделением при разложении органического вещества почвенными микроорганизмами. Эти невидимые глазу существа, населяющие почву, активно дышат, выделяя в процессе своей жизнедеятельности в атмосферу углекислый газ, и тем самым напрямую участвуют в круговороте углерода. В результате дыхания почвы в атмосферу выделяется почти на порядок больше углерода, чем при сжигании ископаемого топлива.

Исследование проводилось в двух экосистемах на юге Подмосковья, в широколиственном лесу и смешанном. В течение 24 лет учёные еженедельно и непрерывно измеряли на одних и тех же участках количество СО2, выделяемого микроорганизмами и корнями растений. Для этого были установлены герметично закрытые камеры, в которых накапливался газ. Из них учёные отбирали пробы, которые затем анализировали в лаборатории. По изменению концентрации углекислого газа в пробах рассчитывалась интенсивность дыхания почвы.

Выделение СО2 происходит в ходе жизнедеятельности микроорганизмов и дыхания корней растений, и с ростом температуры эти процессы протекают более активно. Однако учёные установили, что чувствительность дыхания почвы к повышению температуры зависит от уровня влажности во время вегетации растений. В засушливые годы выделение СО2 снижалось по сравнению с годами, когда уровень увлажнённости был нормальным или повышенным, поскольку количество влаги и доступность питательных веществ в почве для микроорганизмов уменьшались. В результате процессы их жизнедеятельности замедлялись, и они выделяли в атмосферу меньше CO₂. При этом степень отклика микробиоты на недостаток влаги в почве во время засух неодинакова: играет ещё роль тип почвы. В целом отклик дыхания почв на рост температуры в засушливые годы снижается во всех случаях. И потепление климата в условиях усиления его засушливости может привести к уменьшению концентрации углекислого газа в атмосфере, поскольку его выделение почвой будет меньше, чем поглощение растениями.

Таким образом, учёные доказали, что именно влагообеспеченность почв в вегетационный период является основным фактором, контролирующим температурную чувствительность почвенного дыхания в лесных экосистемах. При современной тенденции усиления засушливости климата во многих регионах России и мира можно прогнозировать снижение потока СО2 из почв в атмосферу. Эта тенденция будет распространяться на лесные экосистемы таёжной зоны, к которым принадлежат и леса Подмосковья, где проводилось исследование.