Растения тратят на усвоение азота больше углерода, чем выделяется при лесных пожарах

Схематическое влияние потепления климата на 2,0°C на углеродные затраты для усвоения азота глобальными наземными растениями. Автор: Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01816-y

Команда под руководством профессора Лю Сюэяня из Института геохимии Китайской академии наук разработала новую модель процессов изотопов азота в системе «растение-почва», которая количественно определяет вклад трех форм азота (нитрата, аммония и растворенного органического азота) в общий азот глобальных наземных растений.

Используя эту модель в сочетании с глобальными данными о соотношении углерода к азоту (C/N) у наземных растений и валовой первичной продуктивности (GPP), исследователи подсчитали, что валовой углерод, потребляемый для усвоения азота глобальными наземными растениями, составляет 208 ± 12 тераграмм углерода в год (Тг-C/год). Примечательно, что эта цифра превышает годовые выбросы углерода от лесных пожаров и деградации лесов (155 Тг-C/год) и сопоставима по величине с секвестрацией углерода лесами, обусловленной атмосферным осаждением азота.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience 6 октября 2025 года.

Поглощение растениями азота (N) из почвы и внутреннее усвоение азота зависят от углерода (C), фиксируемого в процессе фотосинтеза. Биохимические исследования показали, что теоретические углеродные затраты на усвоение растениями нитрата, аммония и растворенного органического азота составляют в среднем 5,81, 4,32 и 2,16 грамма углерода на грамм азота (г-C/г-N) соответственно.

Предыдущие исследования в основном были сосредоточены на положительном влиянии азота на рост растений и секвестрацию углерода, тогда как метаболические углеродные затраты на усвоение азота растениями не были тщательно оценены. Этот пробел долгое время был «слепым пятном» в исследованиях наземного углеродного цикла. Новое исследование подчеркивает, что эти скрытые углеродные расходы должны учитываться при подсчете углеродного баланса.

Ожидается, что потепление климата усилит трансформацию азота в почве, увеличив доступность биодоступного азота — особенно неорганических форм, таких как нитрат и аммоний. Кроме того, из-за ускоренного роста растений повысится их потребность в азоте. Эти изменения могут привести к увеличению доли неорганического азота, усваиваемого растениями, и соответствующему росту связанного с этим потребления углерода, тем самым увеличивая общие углеродные затраты на усвоение азота растениями.

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи смоделировали вклад различных источников азота в сценарии потепления на 2,0°C. Сочетая эти симуляции с соответствующими данными о соотношении C/N у растений и GPP, они спрогнозировали, что общий углерод, потребляемый для усвоения азота глобальными наземными растениями в условиях такого потепления, достигнет 249 ± 15 Тг-C/год. Это представляет собой среднее увеличение на 47% (41 ± 19 Тг C) по сравнению с текущим уровнем (208 ± 12 Тг-C/год). В региональном разрезе увеличение составит 9% в тропических районах, 62% в умеренных регионах и 105% в бореальных зонах.

Потепление климата повышает доступность неорганического азота в почве и его вклад в общее усвоение азота растениями. Однако оно также увеличивает метаболические углеродные затраты, связанные с усвоением азота растениями, компенсируя часть углерода, полученного в процессе фотосинтеза. Этот эффект особенно значителен в высоких широтах.

Это исследование раскрывает новые механизмы связи между процессами цикла углерода и азота в растительности и их климатическими реакциями и обратными связями, предоставляя новые доказательства для уточненного учета глобального углеродного баланса и формирования будущих стратегий углеродной нейтральности и реагирования на изменение климата.

Больше информации: Чао-Чэнь Ху и др., Increased carbon cost for nitrogen assimilation in plants under a warming climate, Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01816-y

Источник: Chinese Academy of Sciences