Искусственное ночное освещение усилило дыхание экосистем

Измерения на 86 площадках в Европе и Северной Америке показали, что искусственное освещение по ночам усиливает дыхание экосистем, из-за чего их чистая продукция падает — и в течение суток, и на протяжении года. Такие последствия светового загрязнения оказались достаточно заметными, чтобы начать учитывать их в математических моделях со связями климат-углерод. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution.

В последние десятилетия искусственное освещение в ночное время становится на 10 процентов сильнее каждый год, и сейчас в зоне его воздействия находится уже четверть экосистем суши. Всего за семь лет с 2014 по 2020 годы оно привело к тому, что вегетационный сезон в городах северного полушария осенью стал заканчиваться позже на 11,2 дня. Подсветка влияет не только на растения, но и на животных, у которых из-за него меняются гормональный фон и циклы суточной активности. Подробнее об этом можно прочесть в нашем материале «Тушите свет». Впрочем, накопленные данные, как правило, описывают последствия такого освещения для отдельных биологических видов, а не для процессов на уровне экосистем.

Элис Джонстон (Alice Johnston), Джиён Ким (Jiyoung Kim) и Джим Харрис (Jim Harris) из Крэнфилдского университета исследовали, как искусственное ночное освещение влияет на продуктивность экосистем, то есть их способность образовывать новое органическое вещество в ходе фотосинтеза. Они отслеживали свет по спутниковым снимкам и использовали данные измерений потоков углерода в получасовых, суточных и годовых масштабах на 86 площадках в Европе и Северной Америке из базы FLUXNET.

В работе использовались такие показатели как валовая первичная продукция, то есть все образованное растениями органическое вещество, экосистемное дыхание — весь углекислый газ, который выдыхают растения и гетеротрофные организмы, и чистый экосистемный обмен — разница между экосистемным дыханием и валовой первичной продукцией. Если чистый экосистемный обмен отрицательный, то экосистема функционирует как сток углерода, а если положительный, то она является источником выбросов углерода в атмосферу.

Оказалось, что при росте ночной освещенности на одно стандартное отклонение валовая продукция в экосистемах снижается на 0,23 стандартного отклонения (p < 0,0001), величина экосистемного дыхания увеличивается на 0,17 стандартного отклонения (p < 0,01), а чистый экосистемный обмен снижается на 0,22 стандартного отклонения (p < 0,05). Авторы пришли к выводу, что искусственное ночное освещение снижает продуктивность экосистем из-за того что увеличивает их затраты на дыхание, причем эта закономерность наблюдается во всех временных масштабах.

Сильнее всего искусственное ночное освещение влияло на энергетический обмен в экосистемах в те периоды, когда ночи были длинными, то есть осенью и зимой, из-за накопительного эффекта. Ученые отметили, что световое загрязнение серьезно нарушает метаболизм экосистем, и предложили начать учитывать его в моделях, оценивающих связи между климатом и наземным углеродом.

Условия жизни в городах отличаются от сельской местности и дикой природы не только интенсивным ночным освещением, но и присутствием городского острова тепла, который также отражается на растениях. Например, растения кислицы рожковой из-за него по всему миру стали красными: особи такого цвета лучше фотосинтезируют и выживают в условиях теплового стресса благодаря высокому содержанию антоцианов.