Как изменение климата может угрожать способности почвы улавливать углерод — Harvard Gazette

Листья деревьев и растений называют легкими Земли, потому что они поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но под поверхностью почвы корни этих растений вносят свой вклад в регулирование климата, способствуя хранению углерода в почве. Но небольшие изменения в этих процессах могут иметь значительные последствия, как отмечают исследователи в Кафедра органической и эволюционной биологии выявить в исследовании в Геофизические науки о природе.

Корни выделяют экссудаты — органические соединения углерода, которые взаимодействуют с бактериями, грибами и другими элементами почвы, делая ее питательные вещества более доступными для растения. «В самом общем смысле корневые экссудаты — это материалы, которые попадают в почву, чтобы помочь микробному сообществу преобразовать материал, который уже находится в почве, в формы, которые корень может затем принять и использовать», — пояснил он. Бентон Тейлор, доцент в OEB и старший автор исследования. «Например, корневые экссудаты могут подтолкнуть микробное сообщество почвы к преобразованию азота в так называемый минерализованный азот, форму, пригодную для использования растением».

Эти экссудаты также взаимодействуют с органическим веществом, связанным с минералами (или MAOM), где углерод связывается с глинами и другими минералами почвы, по существу захватывая и сохраняя его.

По словам Тейлора, MAOM считается «по существу стабильным в течение десятилетий», но исследователи обнаружили, что изменения в скорости и составе корневой экссудации могут привести к краткосрочным изменениям MAOM — и, таким образом, в конечном итоге к способности почвы для хранения углерода.

«Корневые экссудаты являются важными регуляторами хранения углерода в почве», — сказал Нихил Р. Чари, студент Высшей школы искусств и наук Гарвардского Гриффина в OEB. Чари, ведущий автор исследования, отмечает, что эти экссудаты «уже представляют собой небольшие молекулы, поэтому они могут напрямую влиять на вид микроскопического почвенного углерода, из которого состоит MAOM».

«Если потепление или другие факторы изменения климата изменят типы экссудатов, выделяемых растением, как это повлияет на эти запасы углерода, которые обычно долгое время находятся в почве?» — добавил Чари.

Чтобы смоделировать различные корневые экссудаты, исследователи изготовили три разных «коктейля» экссудатов из простых сахаров, аминокислот и органических кислот и закачали их в почву с помощью искусственных корней. В качестве шага, отличающего их эксперимент от предыдущей работы, исследователи провели эти тесты, используя неповрежденные образцы почвы из Гарвардский леса не искусственная или гомогенизированная почва, сохраняющая биологию, структуру и неоднородность естественной почвы.

То, что они обнаружили, показало устойчивость почвы — до определенного момента. «Когда мы закачивали немного экссудата в почву, пул углерода MAOM действительно увеличивался. Со временем он постепенно накапливался», — сказал Тейлор. «Когда мы закачивали больше экссудатов в почву, больше этих экссудатов попадало в пул MAOM, но углеродный пул MAOM не становился больше. Это только увеличило скорость потери MAOM».

«Наши данные свидетельствуют о том, что эта потеря также увеличит выброс углерода из этих бассейнов долгосрочного хранения, и что мы не обязательно увидим это долгосрочное накопление стабильного почвенного углерода, если скорость экссудации увеличится», — сказал Тейлор.

Это ограничение имеет последствия для реального мира. «Если вы думаете о растениях, которым доступно больше углерода в виде CO₂ концентрации в атмосфере повышаются, вы можете ожидать изменений в их способности и склонности выделять углерод из своих корней», — сказал Тейлор.

Исследователи также обнаружили, что их коктейли из экссудата по-разному влияют на MAOM. Органические и аминокислоты привели к более низкой скорости образования MAOM и, в конечном итоге, к чистому накоплению углерода. Тем не менее, простые сахарные экссудаты вызывали больший оборот MAOM — эквивалентно тому, чтобы дать почвенным микробам «высокий уровень сахара», предположил Тейлор.

«Это дает нам представление о том, как эти различные соединения экссудата повлияют на динамику углерода в почве», — сказал Чари. «Что мы действительно хотим выяснить, так это то, как меняются эти профили, скорость поступления углерода в почву и типы углерода, такие как сахара, аминокислоты или органические кислоты, поступающие из растений».

По его словам, команда работает с другими исследователями по всему миру над последствиями потепления и повышенного содержания углекислого газа, чтобы «иметь возможность сопоставить фактические изменения, происходящие от растения, с тем, как мы видим, как эти различные экссудаты влияют на динамику углерода в почве». — сказала Чари. «Это позволит нам лучше прогнозировать динамику углерода в почве в будущем».