Потепление усилит микробный фотосинтез в северных торфяниках

При потеплении на каждый градус северные торфяники поглощают на 3,4 миллиграмма углерода в час больше на каждый квадратный метр площади за счет роста интенсивности фотосинтеза у золотистых водорослей. Это значит, что к концу века они смогут компенсировать примерно 14 процентов своих углеродных выбросов, которые усилятся на фоне потепления. Такие оценки приведены в исследовании, опубликованном в журнале Nature Climate Change.

Северные торфяные болота играют важную роль в регуляции климата: они надолго выводят углерод из биологического круговорота и хранят его в виде устойчивого к разложению торфа. Кроме того, в отличие от лесов, они не достигают климаксного состояния и не прекращают расти, то есть могут увеличивать толщу торфа и в современных условиях. При этом торфяники чувствительны к изменению климата. Потепление провоцирует в бореальных широтах засухи и пожары, которые могут происходить под землей даже в зимний сезон. Кроме того, потепление может ускорить процессы микробного разложения органического вещества и усилить выбросы метана. Углеродный баланс подобных экосистем и его изменение на фоне будущего потепления во многом остаются неопределенными.

Ученые под руководством Сэмюэла Хамарда (Samuel Hamard) из Тулузского университета оценили настоящий и будущий вклад микробного фотосинтеза в углеродный баланс северных торфяников. Они предположили, что в условиях потепления усилится как сам фотосинтез (то есть фиксация атмосферного углерода автотрофами), так и спровоцированные им выбросы углекислого газа, потому что гетеротрофы начнут активнее потреблять продукцию фотосинтеза. Чтобы проверить гипотезу, они провели полевой эксперимент и объединили его данные с результатами пространственного моделирования. В ходе эксперимента авторы отслеживали скорость фотосинтеза, потоки углерода, состав и численность микробных сообществ в 125 блоках торфа, которые были пересажены между пятью европейскими торфяниками в широтах от Швеции до Франции.

Оказалось, что с потеплением на каждый градус Цельсия скорость фотосинтеза возрастает в среднем на 3,4 ± 0,6 миллиграмма углерода на квадратный метр в час. При этом общее количество осадков, в отличие от температуры, существенного влияния на продуктивность не оказывает. С потеплением в составе микробных сообществ начинали преобладать золотистые водоросли (Chrysophyceae), а обилие динофлагеллят (Dinophyceae), напротив, снижалось. Отклик фотосинтеза на потепление был сезонным: весной он оказался наиболее выраженным (до +4,2 миллиграмма углерода на квадратный метр в час), а летом и особенно осенью — практически незаметным. Авторы связали это с сезонной влажностью торфа, которая избыточна осенью, недостаточна летом и оптимальна весной.

Моделирование показало, что в будущем в северных (выше 45 градуса северной широты) торфяниках будет наблюдаться дополнительная фиксация атмосферного углерода из-за растущей скорости фотосинтеза. До 2040 года она составит до 12,3 миллиона тонн углерода в год, с 2040 по 2060 годы — до 15,5 миллиона тонн, к 2100 году — до 28,6 миллиона тонн. Это означает, что фотоавтотрофы смогут компенсировать около 14,1 процента дополнительных углеродных выбросов от торфяников до 2040 года и, в зависимости от интенсивности антропогенных выбросов парниковых газов, от 6 до 13,7 процента углеродных выбросов гетеротрофных обитателей болот до 2100 года.

Это не первое свидетельство высокой продуктивности северных торфяников в условиях меняющегося климата. В прошлом году ученые в Швеции обнаружили осушенный торфяной лес, который оказался местом поглощения углерода, хотя по логике должен был стать источником его выбросов. Высокую продуктивность экосистемы тогда объяснили лесной подстилкой и напочвенным растительным покровом, которые активно развивались в отличие от разреженного древостоя.