Як зміни клімату впливають на якість ґрунту

У результаті зміни клімату протягом останнього сторіччя відбулося підвищення посушливості, що стало причиною дисбалансу основних поживних речовин ґрунту. Такий непрямий вплив на родючість ґрунту ставить під загрозу життя близько двох мільярдів жителів планети.

Ґрунти містять запас вуглецю , який приблизно вдвічі більший, ніж міститься в атмосфері, і втричі більший, ніж мають рослини. Будь-які, навіть незначні, відхилення від норми можуть мати значні наслідки для майбутньої концентрації вуглекислого газу в атмосфері . Тому роль ґрунтів у глобальному потеплінні має важливе значення, зокрема при оцінці кліматичних зворотних зв'язків вуглецевого циклу.

Зниження рівня концентрації азоту і вуглецю, яке відбувається у ґрунтах, що висихають, може мати серйозні наслідки для екосистемних послуг – виробництва продуктів харчування, зберігання вуглецю та біорозмаїття.

« Втрати азоту і вуглецю, які є основними будівельними блоками живих організмів, різко впливають на продуктивність землі », – зазначає Фернандо Т. Маестрі (Fernando T. Maestre), біолог і геолог Королівського університету ім. Хуана Карлоса у Мадриді.

«Якщо продуктивність рослин знижується, можливості землі для підтримки тваринництва і рослинництва будуть порушені, і це матиме великий вплив на людей, які залежать від них», – підкреслив Фернандо Т. Маестрі.

Нині посушливі землі становлять понад 40% від загальної світової площі суші , і ця цифра зростатиме. Учені виміряли рівень азоту, вуглецю та фосфору у зразках ґрунту із 224 місць на всіх континентах, крім Антарктиди, тож матеріал, що досліджувався, ураховував широкий спектр ґрунтів, рослинності, клімату та різноманітності видів.

Було виявлено, що у посушливіших екосистемах концентрація азоту і вуглецю знижена. У такій ситуації значно погіршується ріст рослин і активність мікроорганізмів, що негативно впливає на органічне розкладання та ріст рослин .

Обмежений вміст азоту також може знизити здатність рослин перетворювати вуглекислий газ в органічні сполуки, такі, як цукор у процесі фотосинтезу, унаслідок чого клімат ще більше змінюється.

Незважаючи на зростання рівня фосфору, рослини не можуть використовувати цей важливий елемент в якості ферменту, вони повинні поглинати його через коріння, а це залежить від наявності азоту.

Дослідження показують, що «у зв’язку з прогресуванням зміни клімату, властивості екосистем у багатьох посушливих районах могли пройти переломний момент, що його буде важко або неможливо повернути назад», – пише Девід А. Уардл (David A. Wardle), науковий співробітник Шведського університету сільськогосподарських наук.

Він додає: «Зниження рівня ґрунтового вуглецю та азоту може призвести до порушення надходження поживних речовин із ґрунту, а це погіршить врожайність культур і продуктивність худоби, що може мати тяжкі наслідки для мільйонів людей, що живуть у посушливих регіонах».

Глобальні зміни клімату призведуть до кардинальних змін у видовому різноманітті не лише тварин і рослин, але й ґрунтових мікробів – саме до такого висновку дійшли вчені, дослідивши мікрофлору ґрунту у посушливих регіонах на південному заході США.

Іспанські вчені довели, що глобальне потепління призведе до перебудови мікрофлори ґрунтів по всьому світу . Як це може вплинути на їх родючість, поки невідомо.

Протягом останніх п'яти років Гарсія Пічел та інші дослідники з його групи подорожували по пустелях США, від Орегона до Нью-Мексико, збираючи зразки ґрунтових кірок, що містять бактерії, мохи та лишайники.

Мікробіологи виявили два основних види бактерій в цих ґрунтових кірках: Microcoleus vaginatus і Microcoleus steenstrupit. Перший вид переважно зустрічається у більш холодних пустелях, другий – у тепліших, на півдні США. «Ці мікроби становлять близько 40% бактеріальної мікрофлори ґрунтових кірок, які містять тисячі різних мікроорганізмів», – пояснює Гарсія Пічел.

Автори дослідження, результати якого були опубліковані на першій шпальті журналу Nature, попереджають, що глобальні зміни клімату можуть перебудувати мікрофлору ґрунтів. Учені вважають, якщо середньорічна температура на південному заході США буде підвищуватися на один градус кожні десять років, згідно з прогнозами, більш теплолюбні мікроби повністю витіснять своїх побратимів приблизно через 50 років.

Не можна закривати очі на цю проблему. Два вищезгаданих види бактерій перетворюють енергію сонячного світла в інші види енергії та їжу для інших мікроорганізмів, що зустрічаються у ґрунті. Ці мікроби відіграють важливу роль у життєдіяльності ґрунтових кірок, які в зоні пустель захищають ґрунт від ерозії і в яких, завдяки мікробам, накопичуються поживні речовини .

На думку авторів дослідження, те ж саме може статися у всіх інших посушливих зонах.

Поки що можна лише прогнозувати, яким чином теплолюбні бактерії вплинуть на родючість ґрунтів. «Вони можуть сприяти розвитку екосистем з великою видовою різноманітністю або навпаки», – каже дослідник.

«Ми вважаємо, що не можна не брати до уваги мікроорганізми при аналізі наслідків глобальних змін клімату», – робить висновок Гарсія Пічел.