Новости

Исследователи Научно-технологического университета «Сириус» совместно с коллегами из Тюменского государственного университета и Университета Геттингена (Германия) изучили стабильность органического вещества в почвах горных лесов и субальпийских лугов Северо-Западного Кавказа. Исследователи изучали образцы почв и растительности, собранные на высоте от 1700 до 2000 метров над уровнем моря во время экспедиций в Кавказском заповеднике на Бзерпинском карнизе. Работа позволила оценить, как изменение растительности в условиях потепления климата может влиять на способность почв удерживать углерод — один из ключевых факторов глобального углеродного цикла. Эти данные помогут уточнить региональные климатические модели и повысить точность прогнозов, связанных с накоплением и высвобождением углерода из почв в условиях продолжающегося потепления климата. Результаты опубликованы в международном научном журнале Catena. Исследование поддержано госпрограммой научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».

Почвы являются крупнейшим наземным резервуаром углерода. От того, насколько надёжно органическое вещество удерживается в почве, зависит объём углекислого газа, который может возвращаться в атмосферу. Особенно чувствительны к этим процессам горные экосистемы, где повышение температуры воздуха приводит к изменению растительности и ускорению биологических процессов разложения органики в почвах.

Исследование выполнено в рамках масштабного проекта «Изучение состояния экосистем в характерных районах Черноморского региона России в условиях изменения климата». Объектами исследования стали две типичные для региона экосистемы — смешанный горный лес и субальпийский луг. Их сравнение особенно актуально в условиях климатических изменений. По мере потепления верхняя граница леса постепенно смещается вверх по склонам, занимая территории, которые ранее были заняты субальпийскими и альпийскими лугами. Это приводит к изменению потоков углерода и механизмов его накопления в почвах.

Для проведения исследования летом 2024 года учёные организовали одну из первых экспедиций Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата в Кавказский заповедник на Бзерпинский карниз. В течение двух дней специалисты отбирали образцы почв и растительности на высоте от 1700 до 2000 метров над уровнем моря. На основе собранного материала была проведена серия лабораторных экспериментов по изучению стабильности органического вещества.

Для оценки устойчивости углерода исследователи использовали сразу два взаимодополняющих метода. Первый — четырёхмесячная инкубация образцов, позволяющая оценить скорость микробного разложения органики по количеству выделяемого углекислого газа. Второй — термогравиметрический анализ, при котором образцы постепенно нагревали до 650 °С и определяли долю лабильных, стабильных и наиболее устойчивых фракций углерода.

«Каждый метод оценки стабильности органического вещества имеет свои преимущества и ограничения. Термический анализ позволяет быстро оценить устойчивость различных фракций углерода, тогда как биокинетическое фракционирование напрямую показывает скорость его разложения микроорганизмами, но требует длительных наблюдений. Сочетание прямого и непрямого подходов позволило получить более надёжную и комплексную оценку стабильности углерода в исследуемых экосистемах», — отмечает ведущий научный сотрудник Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Екатерина Филимоненко.

Результаты исследования показали, что лесная подстилка обладает более высокой термической стабильностью и примерно в два раза медленнее разлагается микроорганизмами по сравнению с луговой. После четырёх месяцев инкубации потери углерода из луговой подстилки оказались существенно выше. Аналогичная закономерность была выявлена и для почвенного органического вещества: согласно показателю ТГ-Т50, характеризующему температуру потери половины углерода при нагревании, почвы леса содержат более устойчивые формы органического вещества.

Полученные результаты оказались неожиданными для исследователей. Предыдущие работы показывали, что в луговых экосистемах значительную роль играют органоминеральные комплексы, обеспечивающие долговременную стабилизацию углерода. Однако в условиях Северо-Западного Кавказа более устойчивым оказалось именно органическое вещество лесных почв, что связано с исходной химической сложностью растительных остатков, поступающих в почву в лесных экосистемах.

«Понимание того, как смена растительности влияет на стабильность почвенного углерода, имеет принципиальное значение для прогнозирования климатических изменений. По мере продвижения леса на территории субальпийских лугов будут меняться не только запасы углерода в почвах, но и механизмы его стабилизации. Поскольку верхняя граница леса в горах в среднем смещается примерно на 3,6 метра в год, эти процессы уже сегодня становятся важным фактором трансформации горных экосистем Кавказа», — подчёркивает участник исследования, младший научный сотрудник Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата, аспирант второго года по специальности «Геоэкология» Анфиса Харыбина.

Авторы отмечают, что результаты работы станут основой для дальнейших исследований углеродного цикла в горных экосистемах Кавказа. Полученные данные помогут уточнить региональные климатические модели и повысить точность прогнозов, связанных с накоплением и высвобождением углерода из почв в условиях продолжающегося потепления климата. Проект реализуется при поддержке федеральной территории в рамках государственной программы «Научно-технологическое развитие федеральной территории «Сириус» (ГП «Наука»).