Исследователи прогнозируют, что в случае потепления и изменения режима влажности и аэрации почв, подстилаемых вечной мерзлотой, может запуститься цепочка реакций, которая приведет к активному поступлению углерода в атмосферу. Результаты работы опубликованы в журнале Soil Biology and Biochemistry.
Количество органического углерода, который хранят в себе почвы, фактически втрое превышает его запасы в атмосфере. Благодаря этому почвы играют важную роль в глобальном цикле углерода и выступают одним из регуляторов климата Земли. Уменьшение запасов почвенного органического вещества может привести к увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере и повлечет за собой климатические изменения. До недавнего времени, внимание научного сообщества было сосредоточено, в основном, на исследовании стабилизации органического вещества в почвах умеренных широт и тропиков. Однако в последнее десятилетие было доказано, что более тысячи миллиардов тонн углерода «законсервировано» в почвах и толще мерзлоты Арктики, что составляет около половины всех его суммарных запасов в почвах планеты.
Коллектив исследователей из шести стран Европы, при участии сибирских ученых, исследовал процессы формирования плохо разлагаемого органического вещества в тундрах Сибирской Арктики.
«Органическое вещество, захороненное в мерзлоте, надежно защищено от микробов холодом и высокой влажностью. Ученые предсказывали, что деградация вечной мерзлоты, вызванная изменением климата, может привести к разложению органики и, как следствие, увеличению выбросов в атмосферу парниковых газов. Но не зная состав и химические свойства «законсервированных» в почвах Арктики соединений, содержащих углерод, невозможно точно оценить их уязвимость к микроорганизмам», — рассказал об актуальности исследования профессор Георг Гуггенбергер, директор Института почвоведения Ганноверского университета, возглавляющий работы по мегагранту Правительства РФ в Институте леса им. В.Н. Сукачева КНЦ СО РАН (Красноярск).
Для того чтобы определить источники происхождения органического вещества и оценить степень его микробного разложения ученые использовали биомаркеры — продукты окисления лигнина и нейтральные сахара. Нейтральные сахара поступают в почву из растительных остатков или микробных выделений. Микробы могут их легко утилизировать. Лигнин имеет исключительно растительное происхождение и, в отличие от сахаров, устойчив к микробной атаке. Для его деградации необходим кислород и специализированные микроорганизмы.
Выяснилось, что в отличие от умеренных и тропических широт, в глубине арктических почв мало микробных сахаров и много производных лигнина и растительных сахаров. Получается, что в почвах Арктики бактерии вновь используют продукты собственного метаболизма, не вовлекая в цикл переработки растительные остатки. Это происходит из-за специфических условий, неблагоприятных для одних групп микроорганизмов и, в то же время, способствующих развитию бактерий, перерабатывающих продукты жизнедеятельности друг друга. Во многом это связано с влажностью, отсутствием кислорода и пространственной разобщенностью микроорганизмов и необходимых для их развития веществ в почве, подстилаемой вечной мерзлотой. В итоге, мерзлота накапливает растительную органику.
Что произойдет в случае таяния вечной мерзлоты? В почвы начнет поступать кислород и изменится их влажность. Возникнут благоприятные условия для деградации лигнина. Это, в свою очередь, обогатит почвы сахарами растительной природы — оптимальным субстратом для микробного разложения.
«Можно сказать, что в случае потепления и увеличения доступа кислорода в нижние горизонты мерзлотных почв, система переключится из одного режима функционирования в другой. От пассивного накопления органического углерода и преобладания внутренних микробных циклов — к традиционной цепочке последовательных микробных преобразований органического вещества и интенсивного выделения углекислоты в атмосферу», — пояснила один из участников исследования, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева Красноярского научного центра СО РАН Ольга Шибистова.
Российские участники исследования были поддержаны мегагрантом Правительства РФ и грантами Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Красноярского края.
