Усиление засух нарушает работу почвенных микробов, улавливающих углерод
Почва хранит больше углерода, чем растения и атмосфера вместе взятые, и почвенные микробы в значительной степени ответственны за его накопление. Однако учащение и усиление засух, например, в Калифорнии, могут нарушить эту хрупкую экосистему.
В статье-перспективе, опубликованной в журнале Trends in Microbiology 12 апреля, микробный эколог Стивен Эллисон предупреждает, что здоровье почв и будущий уровень парниковых газов могут пострадать, если микробы адаптируются к засухе быстрее растений. Он утверждает, что необходимо лучше понять реакцию микробов на засуху, чтобы управлять ситуацией как в сельскохозяйственных, так и в естественных условиях.
«Почвенные микробы полезны, и мы не смогли бы жить без их цикла углерода и питательных веществ, но изменение климата и засуха могут нарушить этот баланс, и мы должны осознавать, как он меняется», — говорит Эллисон из Калифорнийского университета в Ирвайне.
Одни почвенные микробы забирают углерод из разлагающихся растений и запасают его в почве, а другие высвобождают растительный углерод обратно в атмосферу. Углерод, попадающий в почву, полезен во многих отношениях. «Почвенный углерод оказывает далеко идущее влияние на инфраструктуру наших естественных и управляемых экосистем, — говорит Эллисон. — Богатые углеродом почвы содержат больше питательных веществ, поэтому растения в них обычно продуктивнее, а углерод меняет физические свойства почвы, предотвращая эрозию».
«Сейчас в Калифорнии система, где засухи становятся интенсивнее, а затем и осадки выпадают интенсивнее, — говорит он. — Так что, если вы теряете почвенный углерод, при сильном дожде почву может смыть, что приведет к эрозии, оползням, селям, отложениям и всем тем проблемам, которые мы уже наблюдаем».
Углерод, высвобождаемый обратно в атмосферу, — это другая история. «С точки зрения смягчения последствий изменения климата, мы хотим, чтобы больше углерода было в растениях и почвах, а меньше — в атмосфере. Поэтому чем больше углерода мы сможем поглотить растениями через фотосинтез и передать и удержать в почве, тем лучше будет в плане изменения климата, — говорит Эллисон. — Вот почему так важно понимать, как баланс входящего и исходящего углерода меняется при засухе, потеплении или любом другом климатическом факторе».
На растения и микробов повлияет учащение засух, но Эллисон полагает, что микробы смогут восстановиться быстрее. «Микробы очень адаптивны — они могут менять свою физиологию, свою численность, так что более устойчивые к засухе микробы занимают доминирующее положение, и они потенциально могут эволюционировать. Поэтому мы ожидаем, что они будут сопротивляться засухе или восстанавливаться после нее, — говорит Эллисон. — Все эти различные процессы могут происходить с микробами довольно быстро, гораздо быстрее, чем с растениями».
Если выживет больше микробов, высвобождающих углерод, чем микробов, его связывающих, мы можем получить обедненные углеродом почвы, что будет иметь серьезные негативные последствия для продуктивности растений и будущего уровня парниковых газов.
Возможно, нам удастся склонить баланс в правильную сторону, говорит Эллисон, но сначала нужно больше исследований. «Предстоит еще много работы. Сейчас у нас есть данные, которые предполагают, что при засухе что-то меняется, что приводит к потере углерода, но мы не понимаем точно, как или почему это происходит: меняет ли засуха численность полезных для растений микробов по сравнению с высвобождающими углерод, вызывает ли эволюцию одной из групп микробов или это больше определяется изменениями в их непосредственной физиологии», — говорит Эллисон.
Некоторые микробы действительно могут помочь растениям справиться с засухой. Если бы мы знали, какие микробы наиболее полезны для растений и с наибольшей вероятностью удерживают углерод в почве, мы могли бы попытаться склонить баланс в их пользу.
«Существует большой потенциал для управления или конструирования почвенных микробов, — говорит Эллисон. — В сельскохозяйственных системах мы можем изучить возможность манипулирования почвой или добавления полезных микробов обратно. В более естественных системах управление, вероятно, будет сосредоточено на растениях: почвенные микробы часто тесно связаны с растениями, поэтому управление растениями также может принести пользу микробной части экосистемы».
«Нам также нужно больше измерений, чтобы получить хорошее представление о том, как засуха влияет на изменение почвенного углерода в разных экосистемах, — говорит Эллисон. — Существует много ландшафтов — от арктической тундры до пустынь — и нам пригодились бы дополнительные исследования в этих разнообразных средах обитания».