Новости и мнения

Включение почвенных микробов в модели изменения климата

Без четкого понимания того, как почвенный микробиом вносит вклад в углерод в атмосфере, исследователи пытаются определить, могут ли обитающие в грязи бактерии воздействовать на климатические изменения и влиять на них.

An estimated 2,500 billion metric tons of carbon is stored in the soil, so understanding interactions between the soil and the atmosphere is of critical importance to predicting the impacts of climate change. В примерно 2500 миллиардов метрических тонн углерода, поэтому понимание взаимодействия между почвой и атмосферой имеет решающее значение для прогнозирования последствий изменения климата. Но определить степень влияния микробов, фиксирующих углекислый газ в почве, на окружающую среду – и наоборот – оказалось сложной задачей. Два недавних исследования выявили трудности понимания того, как почвенные микробы могут реагировать на изменение климата, и ставят вопрос о том, должны ли климатические модели учитывать эти ошибки.

Речь идет о видах обратной связи, которые можно ожидать от почвенных микробов в более теплом климате, и в результате воздействия на глобальные запасы углерода в почве. Существующие климатические модели явно не учитывают микробное дыхание почвы, поскольку оно считается слишком сложным, но некоторые исследователи утверждают, что рассмотрение микробиома почвы имеет решающее значение. Эти микробы могут помочь в накоплении или выделении гораздо большего количества углерода и, в свою очередь, могут повлиять на уровень парниковых газов в атмосфере, что поможет ускорить или замедлить изменение климата.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature в этом месяце (3 сентября), группа под руководством исследователей из Университета Эксетера в Великобритании изучила реакцию микробов в почвах, взятых из ряда климатических зон, на изменение температуры.

«Мы обнаружили, что самые сильные эффекты реакции микробного сообщества с точки зрения повышения температурной чувствительности почвенного дыхания были в почвах, которые имеют большие запасы углерода и из холодных регионов, которые быстро прогреваются», – сказал соавтор исследования Иэн Хартли из Эксетера. Эл. адрес. «Это потенциально увеличивает уязвимость этих важных запасов углерода к изменению климата».

Раттан Лал из Университета штата Огайо, который изучает секвестрацию углерода в почве, но не участвовал, но сказал, что исследование назвало статью «очень хорошей наукой и чрезвычайно актуальной» и отметил, что исследование указывает на высокий риск обратной связи, так как выбросы углекислого газа от арктических и высотных почв

Эколог Дэрил Мурхед из Университета Толедо, который также не принимал участия в работе, сказал в электронном письме, что исследование «четко показало различные закономерности реакции сообщества микробных почв на температуру почвы». Однако, он предупредил, «результаты. , , можно интерпретировать только в рамках ограничений [авторов]: их образцы почвы были изолированы от их экосистем, включая взаимодействующие растения и растительные симбионты, и было мало разрешения по структуре микробного сообщества или биохимической деятельности ».

Поскольку более половины общего количества углерода в почве накапливается в арктических и бореальных регионах, увеличение содержания углекислого газа, вызванного микробами, может стать серьезной проблемой. Но это едва ли половина истории.

Согласно статье, опубликованной в журнале Nature Climate Change в этом месяце (7 сентября), микробы растут быстрее и быстрее умирают в более теплых условиях. «Температура влияет на микробную активность, и это, в свою очередь, приведет к всевозможным изменениям, которые могут повлиять на рост микробов в долгосрочной перспективе. Например, больший рост, более быстрое разложение органического вещества, большее истощение субстрата означает, возможно, меньший рост микробов в будущем », – объясняет соавтор исследования Пол Дейкстра из Университета Северной Аризоны в электронном письме.

Соавтор исследования Стивен Эллисон из Калифорнийского университета в Ирвине обнаружил, что если он использует наблюдения за скоростью роста микробов и продолжительностью жизни, найденные в эксперименте, в модели будущего углерода в почве, то будет небольшое увеличение накопления углерода. Тем не менее, модель также показала, что количество накопленного или выделенного углерода в почве существенно зависит от поведения микробов.

По словам Марка Брэдфорда , доцента экологии наземных экосистем в Йельском университете, который в ноябре прошлого года написал обзор Frontiers in Microbiology по этим вопросам, но не участвовал в работе, исследователи применили своевременный подход, особенно потому, что модели показали, насколько чувствительны Общая реакция будет заключаться в различных предположениях о реакции микробов в изменившемся климате. И он отметил, что в Четвертом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), начиная с 2007 года, был сделан вывод о высокой неопределенности в отношении обратной связи от углерода в почве. «В последнем отчете [МГЭИК] во многих модельных моделированиях обратная связь отсутствовала, – писал Брэдфорд в электронном письме, – не потому, что считалось, что это неважно, а скорее из-за высокой неопределенности относительно того, потеряет ли почва или получить C [углерод] и таким образом [усилит] изменение климата или поможет замедлить его ».

Благодаря включению результатов дополнительного анализа, учитывающего поведение микробов в различных условиях, и использования данных о почве из многолетних экспериментов, исследователи должны в конечном итоге получить более точные и полезные результаты.

Тем не менее, не все считают, что необходимы более сложные модели. Питер Смит из Университета Абердина, Шотландия, поставил под сомнение необходимость дополнительной сложности моделей почвы; он сказал, что изменения в почвенном углероде являются «простым балансом между разложением и повышенным поступлением углерода в почву в результате повышения продуктивности растений». В документе « Biogeosciences» 2012 года Смит и его коллеги рассматривали углерод в почве с использованием стандартных моделей – с использованием имитированных пулов углерода в почве. откалиброван по таким переменным, как текстура почвы, культивация и землепользование, и обнаружил, что чистое количество углерода в почве, вероятно, изменится во многих местах, когда модель будет работать с использованием данных будущих климатических сценариев.

Таким образом, речь идет о том, в какой степени количество углерода в будущих почвах может быть оценено без детального понимания микробных процессов. Одно из предположений состоит в том, что если стандартные модели не учитывают то, как микробы могут изменяться вместе с климатом, то прогнозы этих моделей могут быть спорными. С другой стороны, потребуется много работы для проверки идей, стоящих за микробными моделями, что будет означать, что пройдет больше десятилетия, прежде чем они будут включены в основные климатические модели, используемые в докладах МГЭИК.

«Мы показываем, что старые способы не работают, но мы еще не разработали новый способ сделать это», – сказал Брэдфорд. «Нам нужно быстрее понять, как реагируют микробиологи на изменение климата, если мы хотим предсказать силу обратной связи C [углерода] в почве с изменением климата».

С.Б. Хагерти и др., «Ускоренный микробный оборот, но постоянная эффективность роста при потеплении в почве», Nature Climate Change , doi: 10.1038 / nclimate2361, 2014.

K. Kahru et al., «Чувствительность к температуре почвенного дыхания, повышенная за счет реакции микробного сообщества», Nature , 513: 81-4, 2014.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *