Как тип грибов-симбионтов деревьев влияет на качество воздуха и климат

Деревья играют ключевую роль в смягчении последствий изменения климата, поглощая CO₂ и улучшая качество воды и воздуха. Однако разные виды деревьев выполняют эти функции по-разному, и ключевые процессы часто происходят под землей, что затрудняет прогнозирование последствий смены видового состава лесов.

Исследователи из Индианского университета и их коллеги предложили классифицировать деревья умеренных лесов не по видам, а по типу микоризных грибов, с которыми они образуют симбиоз. Это позволяет прогнозировать функционирование лесов. Практически все деревья ассоциированы с одним из двух типов грибов: арбускулярной микоризой (AM) или эктомикоризой (ECM).

Исследование 1: Цикл азота и качество воздуха (Global Change Biology)

• Ученые взяли пробы почвы с 54 участков в шести лесах восточной части США, где присутствовали деревья обоих типов.
• Анализ ДНК почвенных микробов показал, что в почвах под AM-деревьями (клен, тюльпанное дерево, вишня, ясень) в 5 раз выше потенциал генов, отвечающих за цикл азота.
• Это приводит к более активному высвобождению газообразных соединений азота, ухудшающих качество воздуха.
• Под ECM-деревьями (дуб, гикори, бук, тсуга) образуется медленно разлагающийся опад, а микробные сообщества имеют меньше генов азотного цикла, что снижает газообразные потери азота.

«Независимо от конкретных видов деревьев, мы обнаружили почти в 5 раз более высокий потенциал цикла азота на участках, где доминируют AM-деревья», — говорит ведущий автор Райан Машински.

Исследование 2: Накопление углерода в почве (Ecology Letters)

• В тех же 54 участках ученые измерили, сколько углерода деревья разных типов транспортируют из корней в почву.
• Оказалось, что корни AM-деревьев выделяют в почву значительно больше углерода, чем корни ECM-деревьев.
• Этот углерод связывается с минералами почвы и защищен от микробного разложения, что способствует его долгосрочному (на десятилетия и более) хранению, особенно в лесах с доминированием AM-деревьев.

«Мы смогли не только измерить количество углерода, который растения перемещают из корней в почву, но и показать, что его масштаб сопоставим с надземными растительными остатками», — отмечает ведущий автор Адриенн Келлер.

Выводы и значение

• AM-деревья могут ускорять цикл азота (негативно влияя на качество воздуха), но при этом увеличивают запасы углерода в почве, замедляя изменение климата.
• ECM-деревья снижают газообразные потери азота, но способствуют меньшему накоплению почвенного углерода.
• Ранее считалось, что за хранение углерода в почве отвечает медленно разлагающийся листовой опад. Новые данные показывают, что быстро разлагающиеся соединения, выделяемые корнями, могут быть ключевым фактором долгосрочного хранения углерода.

Эти исследования подчеркивают сложность прогнозирования последствий смены видов деревьев в лесах. При планировании глобальных программ лесовосстановления для смягчения изменения климата важно учитывать процессы в почве, где корни и микробы выполняют критически важные, но недооцененные функции экосистемы.