Рост концентрации углекислого газа не улучшил биоразнообразие лугов

Спустя 24 года совместного действия повышенных концентраций углекислого газа в воздухе и азота в почве видовое богатство луговых сообществ в заповеднике Миннесоты снизилось на 22 процента. В первые восемь лет углекислый газ нейтрализовал угнетающее действие азота, но после достижения определенной биомассы выживать на лугах смогли преимущественно те растения, что создавали много тени вокруг себя. Это может свидетельствовать об угрозе растущей концентрации углекислого газа в атмосфере для биоразнообразия луговых сообществ, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature.

В эпоху заметного антропогенного воздействия на окружающую среду в атмосфере растет содержание углекислого газа, а в почве — азота. Такое сочетание условий потенциально должно способствовать росту растений, которые часто ограничены дефицитом доступного азота и которым CO₂ необходим для фотосинтеза. Однако известно, что увеличение концентрации углекислого газа стимулирует рост растений лишь до определенного предела (который, вероятно, уже был пройден), а обогащение почвы азотом связывают с утратой биоразнообразия на лугах по всему миру. Точно оценить совместное действие этих веществ на растительный покров без модельных экспериментов нелегко, потому что в природных условиях их концентрации растут слишком медленно.

Ученые под руководством Питера Райха (Peter Reich) из Миннесотского университета провели длительный эксперимент по воздействию на растения повышенными концентрациями углекислого газа в воздухе и азота в почве. С 1998 по 2021 годы они наблюдали за развитием растительных сообществ на 108 опытных участках в научном заповеднике штата. Эти участки находились внутри колец диаметром 20 метров, по периметру которых вертикальные трубы выпускали углекислый газ в течение светового дня на протяжении всего вегетационного сезона — с начала апреля до конца октября.

Система Free-Air CO₂ Enrichment поддерживала в воздухе над участками концентрацию углекислого газа на 180 микромоль на моль выше среднего атмосферного уровня. Азот в почвы вносили вручную в виде нитрата аммония в количестве четыре грамма на квадратный метр в год. Отклик растительных сообществ оценивали по биоразнообразию, биомассе и содержанию азота и углерода в растениях. Согласно результатам исследования, в течение первых восьми лет эксперимента повышенный уровень содержания углекислого газа в воздухе смягчал подавляющее действие, который азот оказывал на видовое богатство растений. Затем этот эффект сошел на нет, и во второй половине 24-летнего эксперимента, CO₂ усилил потерю видового разнообразия.

Синергетическое действие азота и углекислого газа объяснялось преимущественно доступом растений к свету: после достижения некоторой критической величины биомассы конкуренция за свет становилась слишком сильной, и выдержать ее могли лишь немногие виды растений — преимущественно тех, что создают больше тени вокруг себя. В последние восемь лет эксперимента добавление азота приводило к снижению видового богатства в среднем на восемь процентов при обычных концентрациях углекислого газа в воздухе и на 19 процентов при повышенной. В последние два года сокращение разнообразия достигло 22 процентов. Авторы отметили, что это может указывать на негативные долгосрочные эффекты воздействия повышенных содержаний CO₂ в воздухе и азота в почве на растительный покров.

Биоразнообразие в экосистемах важно поддерживать не только для их устойчивости, но и для сохранения плодородия почв. Недавнее исследование показало, что высадка большого количества видов растений на полях улучшает емкость катионного обмена в почве, делает реакцию ее среды менее кислой и увеличивает содержание элементов минерального питания.