Таяние мерзлоты сыграло на руку арктическим кустарникам

Повышенная доступность элементов питания в тундровых экосистемах приводит к потерям почвенного углерода, но спустя два десятилетия этот эффект оборачивается вспять из-за разрастания кустарников. К таким выводам пришли ученые после 35-летнего эксперимента по имитации последствий таяния многолетней мерзлоты. Результаты опубликованы в журнале Nature Climate Change.

Таяние многолетней мерзлоты, как правило, связывают с потерями углерода: разложение органического вещества приводит к выбросам метана и углекислого газа, а часть органики выносится из экосистем водой и разлагается уже в реках и океанах. Только с начала XXI века зона многолетней мерзлоты потеряла 144 миллиона тонн углерода, что внесло свой вклад в глобальное изменение климата. Однако у таяния мерзлоты есть и иные последствия: оно высвобождает органическое вещество и минеральные элементы, которые улучшают питание растений. Рост их биомассы в теории может компенсировать потери углерода почвой, но баланс этих разнонаправленных процессов остается неясным.

Ученые под руководством Меган Махмюллер (Megan Machmuller) из Университета штата Колорадо провели длительный эксперимент по внесению удобрений в арктические почвы, чтобы оценить, как повышенная доступность элементов питания после таяния толщи многолетней мерзлоты скажется на способности тундровых экосистем удерживать углерод. С 1981 по 2015 годы они вносили по 10 грамм азота и пять грамм фосфора (в доступной растениям форме нитратов и фосфатов) на каждый квадратный метр участков и сравнивали их с контролем. В течение 35 лет авторы отбирали образцы подстилки, верхнего и нижнего органического горизонта, а также минерального горизонта почвы и определяли в них плотность, величину микробной биомассы, содержание азота и фосфора.

В первые 20 лет эксперимента запасы почвенного органического вещества, содержание углерода и азота на удобренных участках снижались, особенно заметны потери были в нижнем органическом и минеральном слоях почвы. Однако в последующие 15 лет тенденция изменилась, и запасы этих веществ восстановились до уровня контрольных участков или даже превысили их. Параллельно с этим произошла смена растительных сообществ: мхи, злаки и вечнозеленые растения сменились листопадными кустарниками, преимущественно карликовой березой Betula nana. Биомасса березы за эти годы выросла на 43 процента, а биомассы пушицы Eriophorum vaginatum L — сократилась на 21 процент, и хотя биоразнообразие сообщества в целом заметно снизилось, стабилизация органического вещества в почве стала прочнее.

Потери углерода из-за таяния мерзлоты потенциально могут быть нивелированы сменой растительных сообществ, но другие последствия остаются однозначно опасными для окружающей среды. По прогнозам ученых в 2040–2060-х годах в Арктике ожидается резкое увеличение числа природных пожаров: сейчас многолетняя мерзлота служит водоупором для сезонной влаги, и ее отступление вглубь приведет к иссушению сначала почвы, а затем и воздуха.