Почвы содержат больше углерода, чем вся растительная биомасса и атмосфера Земли вместе взятые. Новая работа, опубликованная Бенджамином Н. Сульманом, докторантом лаборатории соавтором и доцентом кафедры биологии IU Ричардом П. Филлипсом, определяет высокоактивное сообщество химических веществ и организмов в ризосфере или почве, которая окружает корни, как драйвер увеличения выбросов.«Отложение таких соединений, как сахар и органические кислоты из живых корней может увеличить активность бактерий и грибов, и именно это увеличение активности ускоряет разложение углерода в почве, что приводит к увеличению выбросов CO2», — сказал Сульман. «С другой стороны, эта повышенная активность может преобразовывать соединения углерода в формы, которые легче фиксируются на частицах почвы, что позволяет им оставаться в почве в течение более длительных периодов времени».Глобальное моделирование, проведенное командой, показало, что реакция микробов на усиление активности корней при повышении уровня CO2, хотя и зависит от видов растений, климата и минералогии почвы, приводит к потере глобальных запасов углерода в почве, которые противодействуют дополнительному накоплению углерода в результате увеличения роста растений в многие регионы мира.
Наиболее сильные из этих эффектов были обнаружены в Северной Америке, Западной Европе, Юго-Восточной Азии и Южной Африке с умеренным климатом, в то время как увеличение улавливания углерода почвой было самым большим в северной части Северной Америки, Сибири и тропической Южной Америке.До нового исследования, опубликованного в журнале Nature Climate Change, компьютерные модели, используемые для моделирования будущего изменения климата, обычно не могли имитировать взаимодействие между ростом растений и скоростью разложения микробов. Новый инструмент моделирования — Углерод, организмы, ризосфера и защита в почвенной среде или CORPSE — представляет собой серьезный шаг вперед в способности ученых моделировать глобальный углеродный цикл.Эта модель уже интегрирована в следующее поколение глобальной модели суши, используемой для моделирования климата Лабораторией геофизической гидродинамики NOAA, крупным национальным центром моделирования климата.
«Эта модель позволит включить важнейшие процессы взаимодействия растений и почвы в будущие оценки климата», — сказал Филлипс. «Не учитывать, как микробы влияют на углерод почвы компенсирующими способами, способствуя потерям из-за усиленного разложения, но выгоде за счет защиты углерода почвы, это привело бы к переоценке или недооценке роли почвы в влиянии на глобальный климат».Моделирование экспериментов было спроектировано на 30-летний период, и было обнаружено, что взаимодействие корней и микробов стимулирует защиту углерода в почвах, где низкие температуры ограничивают разложение (на больших высотах), и в таких регионах, как тропическая Южная Америка, где высокое содержание глины в почве допускает соединения углерода. удерживаться на минеральных частицах, защищая их от микробного разложения.
Быстрое разложение, которому способствовали теплые температуры и обильная влажность в тех же тропических регионах, замедлило накопление органических веществ, которые не были защищены от микробных разлагателей.Моделирование всегда можно улучшить, проверяя прогнозы на основе полевых данных, собранных из разных экосистем, и Сульман и Филлипс делают именно это: исследуют, как корни влияют на разложение почвы и защищенные формы углерода в лесах, которые различаются по составу древесных и микробных сообществ.
«Эти эксперименты позволят нам дополнительно проверить и уточнить основные процессы в модели CORPSE и должны привести к более точным прогнозам роли взаимодействия растений и почвы в глобальном изменении климата», — сказал Сульман.