Рождение и смерть корней деревьев в условиях будущей атмосферы

Повышенное содержание углекислого газа (CO₂) в атмосфере заставляет деревья направлять больше ресурсов на развитие подземной корневой системы. Этот дополнительный поток углерода в почву — важный и часто упускаемый из виду способ реакции природы на текущие и будущие выбросы парниковых газов.

Новое исследование, проведённое под руководством Бирмингемского (Великобритания) и Бергенского (Норвегия) университетов, показало, что атмосферный CO₂, подаваемый в зрелый лес в концентрациях, прогнозируемых на 2050 год, заставляет деревья производить больше и более длинные корни.

Исследование, опубликованное в Science of the Total Environment, проводилось на установке Free-Air CO₂ Enrichment (FACE), которой управляет Бирмингемский институт исследований леса (BIFoR). Оно дополняет более раннюю работу, показавшую, что те же деревья увеличат скорость фотосинтеза до 30% в условиях повышенного содержания CO₂.

BIFoR FACE — это «лес научной фантастики», представляющий треть крупнейшего в мире эксперимента по изучению влияния глобальных изменений на природу. Он образует гигантскую «экосистемо-скопу» вместе с аналогичными установками в Австралии (Сидней) и Бразилии (Манаус, Амазония). В каждой из них добавляется дополнительный CO₂, доводя воздух до прогнозируемой нормы на 2050 год. Для сохранения естественности леса CO₂ подаётся с помощью «невидимой завесы» без крыши и стен.

В ходе исследования команда собрала за два года тысячи изображений крошечных корней деревьев (иногда менее миллиметра в ширину) в лесу BIFoR FACE. Эти изображения использовали для построения математической картины рождения, роста и отмирания корней в дубовом лесу. Часть снимков сделали на месте с помощью высокоразрешающей камеры, помещённой под лесную подстилку в длинные перспексовые трубки. Другие изображения получили из корней, тщательно извлечённых из кернов почвы.

Профессор Иэн Джонстон, руководивший исследованием, пояснил: «Очевидно, что сложно наблюдать эти процессы под землёй. Но сочетание инновационной инженерии и тщательной полевой и лабораторной работы нашей команды позволило пролить новый свет на это поведение и на уверенность в наших выводах».

Математическое моделирование и анализ данных изображений, проведённые в BIFoR и Бергенском университете, показали, что под деревьями, растущими в атмосфере с высоким содержанием CO₂, появляется больше и более длинных корней.

Исследователь из Бирмингема Клэр Зиглер, представлявшая сплочённую команду из четырёх женщин-учёных, проводивших полевые работы и анализ, отметила важность междисциплинарного подхода.

Результаты подтверждают, что деревья могут и, возможно, будут продолжать обеспечивать ограниченную защиту от увеличения CO₂, вызванного сжиганием ископаемого топлива, поглощая и запасая углерод. Однако этой защиты явно недостаточно, чтобы значительно компенсировать наши выбросы.

Исследователь Ангелики Курмули подчеркнула важность понимания почвенных процессов в условиях не только повышенного CO₂, но и дополнительных стрессов, таких как экстремальные погодные явления.

Профессор Роб Маккензи, основатель и директор BIFoR, добавил: «Теперь у нас есть веские доказательства, что дополнительный углерод частично используется деревьями для исследования богатого питательными веществами мира под ними».