Азотное загрязнение меняет круговорот углерода

Леса по всему миру сталкиваются с малоизвестной, но всё более серьёзной экологической проблемой — азотным загрязнением. Международная группа учёных выяснила, что избыточное поступление азота в лесные экосистемы способно существенно менять процессы, от которых зависит накопление углерода в почвах и устойчивость лесов к климатическим изменениям.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Авторы проанализировали данные 168 экспериментов, проведённых в лесах разных регионов мира, а также почти 3700 наблюдений за процессами почвенного дыхания.

Почвенное дыхание представляет собой естественный процесс выделения углекислого газа корнями растений и микроорганизмами, которые разлагают органические остатки. Несмотря на то что этот процесс мало заметен для человека, именно он обеспечивает один из крупнейших потоков углерода между сушей и атмосферой.

Как показало исследование, реакция лесов на азотное загрязнение зависит от состояния конкретной экосистемы. В лесах, испытывающих дефицит азота, дополнительные поступления этого элемента первоначально стимулируют деятельность микроорганизмов и рост корней. В результате процессы разложения органического вещества ускоряются, а почвенное дыхание усиливается.

Однако при дальнейшем накоплении азота ситуация меняется. Учёные выявили своеобразную точку перелома, после которой положительный эффект исчезает. Избыточное содержание азота приводит к росту кислотности почв, изменению состава микробных сообществ и ухудшению состояния корневых систем растений.

Особенно заметно это проявляется в лесах, которые уже длительное время подвергаются воздействию азотного загрязнения. Подобные процессы ранее фиксировались в ряде регионов Европы, восточной части Китая и на востоке США. В таких экосистемах дальнейшее поступление азота может привести к резкому снижению почвенного дыхания и деградации почвенных процессов.

По оценкам исследователей, почвенное дыхание ежегодно обеспечивает выбросы углерода, объём которых в семь-восемь раз превышает современные антропогенные выбросы от сжигания ископаемого топлива. Поэтому даже относительно небольшие изменения в функционировании лесных почв способны влиять на глобальный углеродный баланс.

В среднем азотное загрязнение увеличивает интенсивность почвенного дыхания примерно на 5%, однако учёные предупреждают, что снижение выбросов углекислого газа из насыщенных азотом почв нельзя считать положительным явлением. Во многих случаях это свидетельствует не о накоплении углерода, а о снижении активности корней и микроорганизмов, обеспечивающих здоровье экосистемы.

Основными источниками поступления реактивного азота в окружающую среду остаются сельское хозяйство, промышленность и транспорт. После выброса в атмосферу соединения азота оседают на поверхность почвы вместе с осадками или аэрозолями. По оценкам учёных, с начала промышленной эпохи объём глобального осаждения азота увеличился примерно втрое.

Авторы работы считают, что сокращение выбросов азотных соединений может стать дополнительным инструментом сохранения углеродных запасов лесов наряду с традиционными мерами климатической политики. По их мнению, предотвращение азотного перенасыщения экосистем позволит поддерживать естественные процессы круговорота углерода и повысить устойчивость лесов к последствиям изменения климата.