Углеродному «банку» ученых грозит крах

Влажные тропические леса хранят 25-40% глобального почвенного углерода, хотя они занимают всего 7% площади суши Земли. Выступая в качестве поглотителя углерода, тропические леса предотвращают наиболее серьезные последствия изменения климата.

Исследовательская группа под руководством ученого из Университета штата Колорадо обнаружила, что изменение климата повлияет на способность тропических лесов накапливать углерод. Их исследование показывает, что продолжающееся высыхание тропических лесов, ожидаемое последствие изменения климата, приводит к потере углерода из самых плодородных почв, и что питательные вещества почвы играют важную роль в том, сколько углерода высвобождается и когда.

«Тропические леса могут быть очень чувствительны к уменьшению количества осадков, и они имеют одни из самых больших запасов углерода на Земле. По мере высыхания климата этот углерод становится уязвимым», — сказала Даниэла Кьюсак, ведущий автор и доцент кафедры наук об экосистемах. и устойчивость.

Изменение климата уменьшает количество осадков в некоторых местах и ​​приводит к большим колебаниям от года к году. Некоторые тропические леса уже задокументированы как высыхающие.

«Весь этот углерод, хранящийся в тропических лесах прямо сейчас, похож на банк», — сказал Кьюсак. «Мы зависим от всего этого углерода, и все, что высвобождает этот углерод, усугубит изменение климата и затронет всех».

Неожиданные результаты

Козак и ее команда оценили влияние естественного сезонного высыхания и хронически уменьшенного количества осадков на потоки углерода в тропических лесах. Они обнаружили, что естественная сезонная сушка ограничивает выделение углекислого газа.

«В начале была некоторая гибкость, что имеет смысл, потому что это сезонные леса, поэтому они привыкли к засушливому сезону», — сказал Кьюсак. «Но похоже, что после этой первоначальной устойчивости мы достигли порога, когда в некоторых тропических лесах все меняется быстрее».

Модель экосистемы, которую они использовали в исследовании, предсказывала, что продолжение высыхания увеличит выделение CO2 из более плодородных и влажных тропических лесов, но уменьшит потоки CO2 из более сухих тропических лесов.

«Мы ожидали, что более влажное место будет наиболее чувствительным к высыханию», — сказал Кьюсак. «Он наименее приспособлен к засушливым условиям».

Ожидалось, что, когда влажные участки немного подсохнут, они станут более подходящими для микробов, которые разлагают углерод в почве, превращая его обратно в углекислый газ.

«То, что мы увидели, было противоположным тому, что предполагалось для этих тропических лесов», — сказал Кьюсак. Место, где они ожидали наибольшую потерю углерода, на самом деле потеряло наименьшее количество углерода.

Может быть, микробы не могут жить в неплодородной почве, сказал Козак, или, может быть, микробная активность медленнее размножается во влажной почве, потому что она дольше сохнет. Козак сказал, что необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, почему результаты отличаются от модели.

Потери углерода в результате дыхания значительно увеличились по мере продолжения высыхания более плодородных почв, что указывает на то, что питательные вещества играют важную роль в потоках CO.

Удерживание дождя из тропического леса

В исследовании под названием PARCHED for Panama Rainforest Changes with Experimental Drying измерялось влияние естественного сезонного высыхания и экспериментального хронического высыхания на накопление углерода в почве в четырех различных тропических лесах Панамы.

Леса включали широкий диапазон естественных осадков и плодородия почвы. Это позволило исследователям сравнить, как разные типы тропических лесов реагируют на высыхание.

С первоначальными инвестициями Национального научного фонда они провели два года базовых измерений, начиная с 2015 года. Затем команда начала отслеживать потоки углерода в условиях, вызванных экспериментальной сушкой на участках тропических лесов в 2018 году, благодаря финансированию Министерства энергетики.

Чтобы вызвать искусственную сушку, команда построила частичные крыши теплиц на участках размером 10 на 10 метров в каждом из четырех лесов. Крыша, находившаяся ниже полога леса, отводила около половины осадков с почвы на каждом участке. Траншеи с пластиковой облицовкой предотвращают просачивание влаги на территорию исследования.

изучение, Опубликовано в Глобальные биогеохимические курсыпоказали, что разные тропические леса по-разному реагируют на изменение климата и в разные периоды времени, и что плодородные почвы могут первыми реагировать на большие потери углерода в тропиках.

Исследователи были удивлены тем, что питательные вещества в почве оказывают такое же влияние, как и влажность почвы, что требует обновления прогностических моделей.

«Если питательных веществ недостаточно, микробы, похоже, не очень реагируют на изменения влажности», — сказал Кьюсак.

По словам Козака, ученые еще не наблюдали изменений в росте растений или превращении углекислого газа в кислород в процессе фотосинтеза, что имеет смысл, поскольку растения — это более крупные организмы, которым требуется больше времени для роста.

«Микробы — маленькие существа, и они, как правило, быстрее реагируют на изменение климата и другие типы нарушений», — сказала она.

Козак сказал, что, поскольку экспериментальная сушка продолжается, другие участки земли также движутся к потере углерода — еще одна причина для решения проблем с выбросами и активизации инициатив по секвестрации углерода.

«Все думают об изменении температуры, но я думаю, что изменение количества осадков может сбить с толку еще больше», — сказал Кьюсак. «Они более разнообразны, по-разному меняются в разных местах. Но высыхание в тропиках вызывает реальную озабоченность с точки зрения этих запасов углерода».

Улучшенный прогноз

Выводы Козак и ее команды улучшили моделирование углеродного цикла в тропических лесах.

Модели почвенного углерода были разработаны в масштабе лесной экосистемы умеренного пояса, поэтому они плохо имитируют насыщенные и неплодородные тропические почвы. Исследователи обновили углеродную модель, с которой они работали, чтобы она лучше соответствовала их наблюдениям.

Плодородие почвы не полностью представлено во многих моделях углерода экосистем, особенно в отношении питательных веществ, которых в тропических лесах меньше, таких как фосфор. Во многих моделях почвенного углерода прогнозы потерь углерода основаны в первую очередь на влажности почвы. Козак сказал, что лучшее представление питательных веществ в моделях окружающей среды является важным следующим шагом в этом исследовании.

Авторы исследования»,Отделение реакции дыхания почвы на исключение насестов от изменений влажности почвы в четырех тропических лесах, сигнализирующих процессов для моделей экосистем.Козак, Ли Х. Дитрих из Департамента наук об экосистемах и устойчивости CSU и Бенджамин Н. Соллман из Национальной лаборатории Ок-Ридж Департамент наук об экосистемах и устойчивости является частью Школы природных ресурсов Уорнера.