Невидимый загрязнитель меняет то, как дышат леса мира

Ученые обнаружили, что избыток азотного загрязнения может нарушить естественный ритм «дыхания» почвы в лесах по всему миру, что ставит под угрозу их долгосрочную устойчивость. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, объясняет, почему реакция лесов на азот может быть столь разной, и предлагает новый способ прогнозирования этих изменений.

С момента промышленной революции деятельность человека примерно в три раза увеличила глобальное поступление азота в окружающую среду. Удобрения, выбросы автомобилей и промышленные предприятия выбрасывают в воздух реактивный азот, который затем возвращается на землю с дождем, снегом или в виде твердых частиц.

Долгое время ученые не могли понять, почему в одних лесах азот стимулирует выделение углекислого газа из почвы, а в других — подавляет его. Чтобы разобраться в этом, международная команда исследователей собрала один из крупнейших наборов данных для изучения почвенного дыхания, объединив 168 экспериментов по добавлению азота и 3689 наблюдений за естественным дыханием почвы.

Анализ показал, что леса следуют одному из двух сценариев. В бореальных и отдаленных горных лесах, где азота не хватает, его дополнительное поступление действует как удобрение: микроорганизмы становятся активнее, корни растут быстрее, а органические вещества разлагаются интенсивнее. Однако этот эффект имеет обратную U-образную форму: после достижения пика положительное воздействие сходит на нет, и выделение CO₂ начинает снижаться.

В лесах, уже перенасыщенных азотом (например, в некоторых регионах Европы, восточного Китая и восточной части США), дополнительный азот может резко нарушить экосистему. Микробные сообщества меняются, чувствительные виды исчезают, мелкие корни отмирают, а кислотность почвы повышается. В таких случаях почвенное дыхание может резко упасть.

В глобальном масштабе исследование показало, что азотное загрязнение увеличивает почвенное дыхание примерно на 5%. Однако снижение выделения CO₂ в перенасыщенных азотом лесах — это не обязательно хорошая новость. Оно часто сигнализирует об упадке корневой активности и сокращении популяций микроорганизмов, которые являются ключевыми компонентами здоровых экосистем и играют важную роль в накоплении почвенного углерода.

Разработанная учеными новая модель прогнозирования учитывает биохимические ограничения, видовую толерантность к азоту, изменения в составе сообществ и глобальные закономерности выпадения азота. Сокращение выбросов азота от сельского хозяйства, транспорта и промышленности может помочь защитить углерод, запасенный в лесных почвах, и предотвратить переход экосистем за критические пороги насыщения.