Деревья и микробы координируют поиск «сбалансированного питания» при повышенном CO₂

Дубы изменяют свои тонкие корни и «активируют» почвенные микробы, снабжая их коктейлем малых органических соединений. Это помогает деревьям получать больше необходимых питательных веществ в условиях повышенного уровня углекислого газа.

Таковы результаты исследования, проведенного на уникальной установке BIFoR-FACE (Free Air CO2 Enrichment) Бирмингемского университета.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ученые обнаружили, что деревья в атмосфере, обогащенной CO2, тактически координируют обмен углерода на питательные вещества в почве, используя стратегии «сделай сам» и «аутсорсинг».

С помощью прозрачных корневых боксов, закопанных в лесу, ученые получили доступ к почве и корням под 180-летними дубами, растущими в условиях атмосферы, прогнозируемой для середины XXI века (содержание CO2 выше на треть).

Деревья продемонстрировали способность реагировать на изменение атмосферы, корректируя несколько стратегий инвестирования углерода для получения питательных веществ из почвы.

Измерения, проведенные после пяти лет повышенного уровня CO2, показали:

  • «Стратегия "сделай сам"»: Деревья увеличили свою сеть тонких корней на 73%, что помогает им активнее исследовать почву круглый год.
  • «Стратегия "аутсорсинг"»: Наблюдались сезонные изменения:
    • Ранней весной и осенью выделение («экссудация») коктейля малых органических молекул увеличилось на 63%. Эти соединения «подготавливают» почвенных микробов к высвобождению питательных веществ.
    • Осенью количество симбиотических грибов, ассоциированных с корнями, увеличилось на 17%.

Примечательно, что при повышенном CO2 деревья не только инвестировали больше углерода в этот обмен, но и изменили химический состав корневых экссудатов, создав еще одну стратегию «аутсорсинга» для получения питательных веществ.

Майкла Рей, ведущий автор исследования:

«Корни не просто поглощают питательные вещества и воду из почвы. Они демонстрируют умную и динамичную координацию, включающую специализированный обмен с почвенными микробами через различные стратегии поиска питательных веществ в течение года. Это указывает на большую гибкость деревьев в оптимизации роста, чем считалось ранее».

Сами Улла, старший автор:

«Это понимание механизмов того, как деревья в будущей атмосфере получают питательные вещества, будет иметь значение для климатических инициатив. Рост лесов зависит не только от CO2, но и от достаточного снабжения почвенными питательными веществами для улавливания и секвестрации CO2».

Иэн Хартли, соавтор:

«Увеличение роста деревьев в этом лесу было несколько неожиданным и говорит о ключевой роли зрелых лесов в борьбе с изменением климата. Важно выяснить, будут ли стратегии дубов и дальше обеспечивать доступ к питательным веществам».

Поскольку запасы питательных веществ в почве не безграничны, остается открытым вопрос, может ли дополнительное углеродное «инвестирование» деревьев в их поиск со временем истощить почву. Долгосрочные исследования на установке BIFoR-FACE должны оценить, смогут ли запасы питательных веществ и дальше удовлетворять потребности деревьев.