Исследователи Научно-технологического университета «Сириус» представили результаты второго этапа масштабного проекта по изучению углеродного баланса экосистем Кавказского Причерноморья.

Учёные выяснили, как природные пожары, гибель самшита и особенности горного рельефа влияют на накопление и потери углерода в горных экосистемах. Исследование получило поддержку в рамках государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».

Работы велись на особо охраняемых природных территориях и вблизи федеральной территории «Сириус». В центре внимания оказались леса, горные склоны и водосборы — природные системы, которые одновременно являются хранилищами углерода и чувствительными индикаторами климатических изменений.

«Территория Кавказского Причерноморья уникальна с точки зрения разнообразия природных условий, что даёт возможность всестороннего изучения того, как экосистемы реагируют на изменение климата. Сочетание уникальных экосистем с территориями, типичными для многих других регионов планеты, создаёт условия для получения научных данных, как решающих локальные экологические задачи, так и расширяющих мировые знания о процессах углеродного цикла», — отмечает ведущий научный сотрудник направления «Геоэкология» Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Екатерина Филимоненко.

Одним из ключевых факторов трансформации экосистем остаются природные пожары. В условиях потепления их частота и интенсивность растут. Исследование показало, что спустя несколько месяцев после пожара почвы сохраняют заметные изменения: снижается кислотность, увеличивается содержание углерода и азота за счёт включения обугленных частиц. Однако при последующих ливнях трансформированные почвы начинают активнее «отдавать» минеральные элементы в реки.

«После пожара часть углерода действительно остаётся в почве в виде обугленного материала, увеличивая его содержание по сравнению с допожарными условиями. Также в почву поступает много минеральных веществ. Но при сильных осадках начинается их вымывание в водотоки. Мы фиксируем изменение химического состава воды — это прямой сигнал о том, что почвенные и водные процессы тесно связаны», — поясняет руководитель проекта.

Отдельное направление работы связано с массовой гибелью реликтового самшита колхидского. Исследования показали, что исчезновение подлеска меняет освещённость и структуру растительности, увеличивает общее содержание углерода в почве, но снижает его «доступность» для микроорганизмов. В результате, микробное сообщество перестраивается: его общая биомасса уменьшается, но интенсивность выделения углекислого газа возрастает.

Кроме того, учёные исследовали влияние высоты и экспозиции горных склонов на стабильность углерода в почвах. Выяснилось, что с увеличением высоты над уровнем моря в почве становится больше органического углерода, но его разложение замедляется. При этом южные и северные склоны по-разному реагируют на потепление, что может привести к неодинаковым изменениям углеродного баланса в будущем.

Теоретическим итогом второго года проекта стало развитие нового подхода для изучения стабильности углерода в почвах. Этот подход основан на использовании энергии активации. Энергия активации отражает энергетические инвестиции, которые нужны для разрушения органики, и поэтому может служить надёжным индикатором её стабильности в почве. Результаты исследования опубликованы в журнале Global Change Biology в двух статьях — «Activation Energy Is a Useful Proxy for Intrinsic Stability of Soil Organic Matter» и «Activation Energy of Organic Matter Decomposition in Soil and Consequences of Global Warming».

«Мы показали, что при повышении температуры ускорение разложения стабильного углерода происходит быстрее, чем предполагалось ранее. Это означает, что глобальное потепление способно ускорить высвобождение углерода из почв и изменить баланс питательных элементов. Такие процессы могут усиливать климатические изменения», — подчёркивает ключевой исполнитель проекта Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Университета «Сириус» профессор Яков Кузяков.

Практическая часть проекта также включает разработку методов разделения природного и техногенного органического вещества в водных объектах. Апробация методики на водоёмах федеральной территории «Сириус» показала, что даже удалённые, на первый взгляд фоновые территории, испытывают антропогенную нагрузку.

Полученные данные помогут уточнить вклад лесных, горных и пресноводных экосистем в глобальные потоки парниковых газов, а также совершенствовать системы мониторинга состояния почв и вод в условиях изменения климата. Исследование продолжится с акцентом на прогнозирование сценариев трансформации экосистем и разработку научно обоснованных рекомендаций по их сохранению.