Арктические торфяники как поглотитель углерода: новое исследование NIBIO

В последние годы ученые все чаще говорят о том, что арктические торфяники могут стать мощным поглотителем углерода. В отличие от привычного представления о Севере как о зоне вечной мерзлоты, новые данные показывают огромный климатический потенциал этих экосистем. Благодаря исследованиям норвежских специалистов, мы начинаем понимать, как правильное управление водным режимом способно превратить северные сельхозугодья из источника выбросов в надежного союзника в борьбе с глобальным потеплением.

Почему торфяники так важны для климата

В своем естественном состоянии торфяники являются одними из важнейших углеродных резервуаров планеты. Почва здесь насыщена водой и содержит очень мало кислорода, что критически замедляет разложение отмерших растений. Вместо полного распада растительный материал наслаивается тысячелетиями. Так формируются глубокие залежи торфа, которые надежно запирают углерод на долгий срок.

К сожалению, этот хрупкий баланс легко нарушается. Когда торфяники осушают для сельскохозяйственных нужд, последствия могут быть плачевными. Понижение уровня грунтовых вод открывает доступ кислорода в почву. Это резко ускоряет активность микроорганизмов. Разлагая ранее законсервированные растительные остатки, микробы высвобождают накопленный веками углерод в атмосферу в виде углекислого газа (CO2).

Северные торфяники остаются малоизученными

Важно понимать, что обширные территории торфяников в Европе и Скандинавии осушались с XVII века. Ученые детально изучили, как дренаж и колебания уровня вод влияют на выбросы парниковых газов в умеренных широтах.

Однако о самых северных торфяниках, используемых в сельском хозяйстве, известно гораздо меньше. Эти зоны уникальны: они характеризуются экстремально низкими температурами, очень коротким вегетационным периодом и продолжительным световым днем в летние месяцы. Именно поэтому изучение арктических торфяников как потенциального поглотителя углерода стало приоритетной задачей для климатологов.

Комплексный подход к измерению газов

«Благодаря исследованиям в более теплых регионах мы знаем: повышение уровня грунтовых вод на осушенных и возделываемых торфяниках часто сокращает выбросы CO2. Торф в таких условиях разлагается медленнее, — объясняет Джунбин Чжао, исследователь NIBIO. — В то же время, более влажные условия с низким содержанием кислорода могут увеличить эмиссию метана (CH4). Микробы, производящие метан, буквально процветают при почти полном отсутствии кислорода в почве».

Выбросы закиси азота (N2O) также могут расти при определенной влажности. Механизм таков: когда почва влажная, но не полностью затоплена, процесс разложения азота останавливается на полпути. В результате образуется закись азота вместо безвредного атмосферного азота.

«Поскольку каждый парниковый газ по-своему реагирует на изменение уровня вод, показатели одного газа могут снижаться, в то время как другого — расти. Поэтому так важно смотреть на общий газовый баланс, — подчеркивает Чжао. — Нам необходимо одновременно измерять CO2, метан и закись азота на протяжении всего сезона. Только так мы поймем реальный чистый эффект в самых северных сельскохозяйственных районах».

Двухлетнее арктическое исследование в Северной Норвегии

Чтобы получить эмпирические данные, команда норвежских ученых провела масштабную полевую работу. Чжао и его коллеги осуществили двухлетнее исследование в 2022 и 2023 годах на станции NIBIO Сванховд в долине Пасвик. Автоматические камеры отслеживали выбросы CO2, метана и закиси азота несколько раз в день. Замеры проводились круглосуточно на протяжении всего вегетационного периода.

«Эксперимент включал пять участков. Вместе они отражали типичные условия управления на осушенном сельскохозяйственном поле. Мы тестировали разный уровень грунтовых вод, разное количество удобрений и разное число укосов травы за сезон», — рассказывает Чжао.

Исследователи сосредоточились на трех ключевых вопросах:

1. Способно ли повышение уровня грунтовых вод сделать возделываемый арктический торфяник климатически нейтральным?

2. Влияет ли уровень воды на эмиссию CO2 из почвы сильнее, чем на поглощение CO2 растениями?

3. Как внесение удобрений и сенокосы влияют на общий климатический баланс?

Повышение уровня грунтовых вод сокращает выбросы CO2

Результаты оказались впечатляющими. Когда торфяник в Пасвике был сильно осушен, он выделял огромное количество CO2. Эти показатели были сопоставимы с возделываемыми торфяниками южнее. Однако ситуация кардинально менялась при вмешательстве.

Когда исследователи подняли уровень грунтовых вод до 25–50 см ниже поверхности, выбросы резко упали. Это открытие имеет огромное значение для понимания роли арктических торфяников как поглотителя углерода.

«При более высоких уровнях воды выбросы метана и закиси азота также оставались низкими. Это дало гораздо лучший общий газовый баланс. В таких условиях поле даже поглощало немного больше CO2, чем выделяло», — констатирует Чжао.

Данные позволяют предположить, что поддержание более высокого уровня грунтовых вод на арктических фермах может стать эффективной климатической стратегией. Особую ценность работе придает методология: «Наши выводы особенно интересны, потому что выбросы измерялись непрерывно, круглосуточно. Мы зафиксировали кратковременные пики аномально высоких выбросов и естественные суточные колебания. Эти детали часто упускаются при эпизодических измерениях».

Почему холодный арктический климат усиливает эффект

Механизм влияния климата на газообмен довольно сложен. Повышение уровня грунтовых вод делает почву более влажной и снижает содержание кислорода вокруг корней растений. В таких условиях растения становятся менее активными и поглощают меньше CO2.

Несмотря на это, общие выбросы CO2 с поля не растут, а сокращаются. В чем же секрет? «Это связано с тем, что во влажных условиях полю требуется меньше света, чтобы начать поглощать больше CO2, чем выделять. Когда этот порог достигается раньше в течение дня, мы получаем больше часов чистого поглощения углерода», — поясняет Чжао.

Ученый добавляет важный географический нюанс: «Наши расчеты показывают, что этот эффект особенно силен на севере из-за долгих светлых летних ночей. Они дают много дополнительных часов, когда система остается на положительной стороне. Это может значительно увеличить общее поглощение CO2, усиливая потенциал арктических торфяников как поглотителя углерода».

Температура также оказалась ключевым фактором. Как только почва прогревалась выше примерно 12°C, активность микроорганизмов резко усиливалась. «При более высоких температурах микробы быстрее разлагают органику. Выбросы и CO2, и метана растут, — предупреждает Чжао. — Это означает, что эффект от высокого уровня воды наиболее велик именно в прохладном климате. Будущее потепление может снизить эту выгоду. На практике это значит, что уровень вод необходимо рассматривать в связке с температурой и местными условиями».

Влияние сельскохозяйственной практики

Практика ведения хозяйства также играет важнейшую роль. Внесение большего количества удобрений стимулировало рост травы, но не повлияло на выбросы газов. «Больше удобрений дало больше биомассы. Однако это не привело к заметным изменениям в выбросах CO2 или метана в нашем эксперименте», — отмечает Чжао.

Гораздо более явное влияние оказал сенокос. Когда трава скашивалась и удалялась, углерод, накопленный в растительном материале, безвозвратно покидал экосистему. Это создает риск истощения: «Если сенокосы очень частые, углерода может выноситься больше, чем накапливается со временем. Торфяной слой может постепенно терять углерод, даже если уровень воды поддерживается высоким», — объясняет исследователь.

Поэтому Чжао настаивает на комплексном подходе. Управление водным режимом, использование удобрений и график сенокосов должны оцениваться вместе. Меры, снижающие выбросы сегодня, могут уменьшить долгосрочное хранение углерода, ослабляя качество почвы завтра. «Одним из решений могла бы стать палюдикультура. Это выращивание видов растений, которые переносят влажные условия. Так можно производить биомассу без постоянного осушения почвы».

Локальные различия важны для климатической отчетности

Исследователи обнаружили еще один важный фактор: значительные различия в пределах одного поля. Некоторые участки активно поглощали CO2, в то время как соседние, на первый взгляд идентичные, выделяли его в больших объемах.

Это наблюдение имеет прямое отношение к глобальной политике. «Такая локальная вариативность может сильно повлиять на национальную климатическую отчетность и разработку мер регулирования. Единый стандартный коэффициент эмиссии часто не отражает реальность повсеместно», — резюмирует Чжао.

Итог исследования предельно ясен: результаты работы ясно показывают необходимость в более детальных измерениях. Требуется более точное управление уровнем вод на практике, особенно там, где почвы и условия ведения хозяйства сильно различаются. Только так мы сможем полностью реализовать потенциал арктических торфяников как поглотителя углерода и превратить северные земли в надежного союзника в борьбе с изменением климата.

По материалам www.sciencedaily.com. Оригинальный текст: Junbin Zhao.