Исследователи Научно-технологического университета «Сириус» совместно с российскими и зарубежными коллегами разработали подход, позволяющий значительно ускорить оценку стабильности органического углерода в почве — одного из ключевых параметров, определяющих углеродный баланс экосистем и динамику климатических изменений. Работа опубликована в журнале Catena. Разработанное решение может использоваться при оценке углеродного баланса территорий, анализе эффективности климатических проектов и мониторинге последствий изменения климата для экосистем. По мнению исследователей, развитие быстрых и надёжных методов оценки стабильности почвенного углерода является важным шагом в понимании роли почв в глобальном климате и разработке стратегий их восстановления. Исследования — часть масштабного проекта Университета «Сириус» по изучению экосистем Черноморского региона России в условиях изменения климата, получившего поддержку в рамках государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».
Почвы играют центральную роль в глобальном углеродном цикле: углерода в них содержится в несколько раз больше, чем в атмосфере и растительности вместе взятых. При этом потоки углекислого газа из почвы в атмосферу существенно превышают антропогенные выбросы. От того, насколько устойчив углерод в почве к разложению, зависит, как долго он будет в ней сохраняться и в какой степени почвы смогут выполнять климаторегулирующую функцию.
«Среди всех компонентов наземных экосистем больше всего углерода содержится именно в почвах. И именно его стабильность определяет, вернётся ли он в атмосферу в виде CO₂ или будет надолго закреплён в экосистеме», — отмечает ведущий научный сотрудник направления «Геоэкология» Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Университета «Сириус» Екатерина Филимоненко.
.JPG "Филимоненко (2).JPG")
Традиционно стабильность почвенного углерода оценивают с помощью длительных инкубационных экспериментов, в ходе которых измеряют выделение CO₂ при микробном разложении органического вещества. Однако такие исследования занимают месяцы и даже годы, а получаемая информация охватывает лишь небольшую часть органики.
В новой работе учёные объединили 270-дневную инкубацию почв с методами термического анализа — термогравиметрией и дифференциальной сканирующей калориметрией. Это позволило не только ускорить оценку стабильности углерода, но и получить более полную картину свойств органического вещества.
«Термический анализ даёт возможность оценить стабильность всего пула органического вещества, а не только той его части, которую успели разложить микроорганизмы. Кроме того, такой подход позволяет сравнивать разные почвы независимо от их биологической активности», — поясняют исследователи.
Эксперимент показал, что чем выше начальная термическая стабильность органического вещества, тем медленнее оно разлагается микроорганизмами. Это подтверждает, что термические показатели могут служить надёжным индикатором биологической устойчивости углерода и использоваться для быстрой оценки процессов, происходящих в почве. Неожиданным результатом стало увеличение доли наиболее устойчивого углерода после длительной инкубации — примерно в 1,8 раза. Этот эффект учёные объясняют работой так называемого «микробного насоса».
«Микроорганизмы сначала разлагают наиболее доступную органику, но при этом формируют продукты своего метаболизма, которые легче связываются с минералами почвы. В результате, образуются более стабильные формы углерода, — объясняют авторы. — Таким образом, микробы играют двойную роль: с одной стороны, ускоряют разложение органики, а с другой — способствуют формированию её наиболее устойчивых фракций».
Полученные результаты открывают возможности для практического применения. Разработанный подход может использоваться при оценке углеродного баланса территорий, анализе эффективности климатических проектов и мониторинге последствий изменения климата для экосистем. По мнению исследователей, развитие быстрых и надёжных методов оценки стабильности почвенного углерода является важным шагом в понимании роли почв в глобальном климате и разработке стратегий их восстановления.
Работа выполнена коллективом учёных из Научно-технологического университета «Сириус», Тюменского государственного университета, институтов РАН (СИФИБР СО РАН, ИФХиБПП РАН), Южного федерального университета, а также партнёров из Китая и Германии.
Автор: Элина Стоянова