• Русский

Ученые КФУ изучили влияние повышенного концентрата CO2 на процессы и пулы в почве

Растущая концентрация углекислого газа является одним из компонентов глобальных изменений, влияющая на различные процессы и функции экосистем.

Аргументом тех, кто отрицает антропогенное глобальное потепление, является утверждение, что углекислый газ, который в настоящее время высвобождается от сжигания ископаемых видов топлива, на самом деле полезен для окружающей среды. Это основано на следующей логике: если растения нуждаются CO2 для их роста, то чем его больше, тем лучше. Но можно ли ожидать, что наши сельскохозяйственные культуры будут давать более обильные урожаи, а цветы вырастут выше и зацветут ещё ярче? Обеспечить подачу CO2 находясь в теплице, конечно же, не сложно, однако насколько реально сделать это в масштабах всей Земли? Ответы на эти вопросы постарались найти исследователи Научно-исследовательской лаборатории «OpenLab Биоконтроль», входящей в структуру приоритетного направления «Эконефть» Казанского федерального университета.

Как сообщают ученые, ежегодный поток углекислого газа атмосферы в 8 раз больше чем поток от сжигания ископаемого топлива, из чего можно предположить, какой мощный источник CO2 представляет собой земной покров нашей планеты. Ещё по школьной программе каждому известно, что почва служит резервуаром, аккумулирующим углерод, который является стоком углекислого газа в течение сотен лет. Не менее надёжным резервуаром в наземных экосистемах служат и водоёмы, в которых изъятие углерода происходит уже на несколько тысяч лет. Осушение и распашка целинных земель приводят к резкому усилению минерализации органического вещества и освобождению законсервированных запасов углерода.

Однако всё же влияние повышенного уровня углекислого газа на подземные процессы не до конца исследовано из-за сложных взаимодействий между различными потоками и компонентами экосистемы, такими как первичная продукция, углерод, поступающий в почву, живая и мертвая почва, а также пулы питательных веществ. Исследователи утверждают, что всем известные эффекты в почве являются косвенными: они опосредуются растениями через увеличение первичной продукции и поступлений углерода к корням, которые стимулируют интенсивную конкуренцию между растениями и микроорганизмами за питательные вещества. Результаты работы были опубликованы в Soil Biology and Biochemistry.

В рамках исследования ученым удалось рассмотреть комплексный эффект повышенной концентрации углекислого газа в атмосфере на процессы и пулы в почве. Вероятнее всего, CO2 косвенно влияет на процессы верхнего слоя земли: путем увеличения поступления углерода в землю, ускоряя биогеохимические циклы питательных веществ.

Растущая концентрация углекислого газа, является одним из компонентов глобальных изменений, влияющая на различные процессы и функции экосистем. О признании CO2 в качестве парникового газа, имеющий потенциал для глобального потепления, а также возникающей обеспокоенности по поводу его атмосферного воздействия  и прямой связи с глобальной температурой на протяжении двух столетий говорили такие ученые как Джон Тиндалл, Сванте Аррениус и другие.

«В течение тысячелетий концентрация CO2 в атмосфере оставалась ниже 300 ppm (промилле). Он начал активно увеличиваться лишь 150-200 лет назад. За последние 50 лет этот рост сильно ускорился. Возвращаясь к современным реалиям, стоит отметить, что 2013 год был первым годом в истории человечества, в котором концентрация CO2 достигла 400 частей на миллион и продолжила свой беспрецедентный рост. Текущий уровень атмосферного CO2 в настоящее время постоянно превышает 410 промилле, уровень, который не наблюдался в течение миллионов лет. Поэтому ученым стремятся выяснить, как повышенный уровень CO2 в атмосфере повлияет на процессы и пулы в экосистемах, особенно в большом пуле углерода почвы», – сообщает участник и автор исследования Яков Кузяков.

Отдельно стоит отметить, что почва – весьма критический компонент, влияющий на глобальный цикл углерода, и являющийся самым большим наземным пулом. Большинство предыдущих обзоров ученых были сосредоточены на надземной реакции растений. И лишь несколько из их были посвящены отдельным подземным процессам: морфология корней, поступление мусора растениями, ризо-положение, развитие микоризы и микробный состав. Важно отметить, что взаимозависимость отдельных процессов, а также последствия для процессов и пулов ещё только предстоит найти.

Для оценки эффектов углекислого газа ученые использовали два методологических подхода. Первая группа включает контролируемые условия, например, климатические камеры, где высокие концентрации CO2 (до нескольких процентов) сравниваются с уровнем окружающей среды 350–400 ppm. Данные методы направлены на изучение метаболических и физиологических механизмов растений, отражения физиологического потенциала реакции растений на атмосферный углекислый газ.

Вторая группа методов рассматривает множественные растения, выращенные на полевых участках. Данная группа включает в себя эксперименты с природными источниками CO2, соляными домами, камерами с открытым верхом (OTC) и экспериментами по обогащению углекислого газа в воздухе (FACE). Здесь ученые выделили преимущества и недостатки основных подходов. Наиболее подходящим подходом для оценки воздействия атмосферного углекислого газа на процессы в почве стал эксперимент FACE: они имеют наименьшее нарушение климата (нагрев, скорость ветра и турбулентность, влажность воздуха, влажность почвы и т. д.).

Подводя итоги исследования, можно прийти к выводу, что повышенный уровень CO2 в атмосфере неизбежно влияет на различные части экосистем, включая почвы и на процессы происходящие в ней, увеличивая микробную биомассу и их активность, а также влияет на изменения в водных режимах, ускоряя всевозможные биогеохимические циклы.