Koristeći jedan od najdugotrajnijih eksperimenata na ekosistemu na Arktiku, tim istraživača predvođen Državnim univerzitetom u Koloradu razvio je bolje razumevanje međudejstva između biljaka, mikroba i hranljivih materija u tlu – nalazi koji nude novi uvid u to koliko kritični mogu biti depoziti ugljenika. oslobođen od odmrzavanja arktičkog permafrosta.
Procene sugerišu da arktičko zemljište sadrži skoro dvostruko veću količinu ugljenika od one koja je trenutno u atmosferi. Kako su klimatske promene izazvale odmrzavanje delova najsevernijih polarnih regiona Zemlje, naučnici su dugo bili zabrinuti zbog značajnih količina ugljenika koje se oslobađaju u obliku gasova staklene bašte, procesa koji podstiču mikrobi.
Veliki deo napora da se prouči i modelira ovaj scenario fokusiran je posebno na to kako će rastuće globalne temperature poremetiti ugljenik koji je trenutno zaključan u arktičkom tlu. Ali zagrevanje utiče na region i na druge načine, uključujući promenu produktivnosti biljaka, celokupnog sastava vegetacije širom pejzaža i ravnoteže hranljivih materija u tlu. Ove promene u sastavu biljaka takođe će uticati na način na koji ugljenik prelazi iz tla u atmosferu, prema studiji objavljenoj ove nedelje u časopisu Nature Climate Change.
Rad je vodila Megan Mahmuler, naučnica u Odeljenju za nauku o zemljištu i usevu CSU.
„Naš rad se fokusirao na preciziranje mehanizama koji su odgovorni za kontrolu sudbine ugljenika na Arktiku“, rekao je Mahmuler. „Znamo da temperatura igra veliku ulogu, ali postoje i promene ekosistema koje se javljaju zajedno sa klimatskim promenama u ovom regionu.
Konkretno, rekao je Makhmuler, region doživljava neku vrstu „pojačanja žbunja“ — povećanje obilja i rasta žbunja. A ono što su Machmuller i njeni koautori otkrili je da tokom dugih perioda ti grmovi mogu doprineti zadržavanju više ugljenika u zemlji.
„Postojalo je dosta fokusa na direktnim efektima zagrevanja na ugljenik u tlu“, rekla je koautorka Lorel Linč, docent na Univerzitetu u Ajdahu, „ali ono što smo otkrili sa ovim radom je da je složeniji. treba razmišljati o ovom ekosistemu kao o celoj zajednici sa mnogo delova u interakciji i konkurentskih mehanizama.“
Za novi rad, Machmuller i tim su testirali uzorke tla iz 35-godišnjeg eksperimenta ekosistema na Arktiku. Godine 1981. naučnici su počeli da dodaju hranljive materije u testne parcele na lokaciji za dugoročna ekološka istraživanja Arktika na severu Aljaske, koja se nalazi u blizini jezera Tolik u podnožju planinskog lanca Bruks. Prvobitna ideja je bila da se razume kako će arktička vegetacija vremenom reagovati na dodatne hranljive materije, ali eksperiment je takođe omogućio naučnicima da ispitaju kako dugoročne promene u tlu mogu uticati na skladištenje ugljenika.
Posle 20 godina, naučnici su otkrili da je došlo do značajnog gubitka ugljenika u zemljištu kada su dodavani hranljivi sastojci u poređenju sa kontrolnim parcelama, što je važno otkriće koje je oblikovalo široko naučno razumevanje o tome kako bi Arktik mogao da reaguje na klimatske promene. Ti eksperimenti su nastavljeni, a Mahmuler i njen tim su ponovo testirali parcele nakon 35 godina kontinuirane primene hranljivih materija.
Međutim, umesto kontinuiranog gubitka ugljenika, otkrili su da se trend obrnuo. Posle 35 godina, količina ugljenika uskladištena na testnim parcelama se oporavila ili premašila količinu na obližnjim kontrolnim parcelama.
„Bili smo zaista iznenađeni ovim rezultatima i postali smo znatiželjni o osnovnom mehanizmu“, rekao je Mahmuler.
Machmuller i njen tim vodili su napredne eksperimente praćenja izotopa u laboratoriji kako bi saznali više o tome kako se ugljenik kreće kroz sistem. Ono što su otkrili je da su, kada su hranljivi sastojci prvi put dodani, stimulisali mikrobnu razgradnju – prirodni proces koji uključuje mikrobe koji se probijaju kroz organsku materiju u tlu što dovodi do oslobađanja ugljen-dioksida.
Ali to se vremenom promenilo, pošto su se hranljivi sastojci neprestano dodavali na testne parcele. „Žbunje je uslovilo tlo na način koji je pomerio mikrobni metabolizam, usporavajući stope raspadanja i omogućavajući obnavljanje zaliha ugljenika u tlu“, rekao je Linč. „Nismo to očekivali.
„Ovo nudi potencijalni biološki mehanizam koji bi mogao objasniti zašto smo primetili neto gubitak ugljenika u prvih 20 godina, ali ne nakon 35″, rekao je Mahmuler.
Ovi rezultati, rekao je Mahmuler, pokazuju da je način na koji bi Arktik mogao da reaguje na klimatske promene komplikovaniji nego što se ranije mislilo. „To je složena zagonetka“, rekla je ona, „i ova studija nam je naglasila važnost korišćenja dugoročnih studija za unapređenje našeg razumevanja procesa ekosistema“.
Gus Shaver, naučnik koji je pomogao u postavljanju početnih eksperimentalnih parcela na jezeru Toolik 1981. godine i koautor je studije, takođe je naglasio vrednost obavljanja ove vrste posla tokom dužih vremenskih perioda.
„Pokazali smo da dugoročni eksperimenti nude česta iznenađenja dok pratimo putanju njihovih odgovora tokom vremena“, rekao je Shaver. „Ono što nađete u prvih nekoliko godina eksperimenta često nije ono što naučite od 10. ili 15. ili 35. godine.
Linč je primetio da kako se ovaj ekosistem menja, postoje i drugi faktori koje treba uzeti u obzir osim ugljenika. Iako bi povećanje obilja žbunja moglo sprečiti prenošenje većeg broja ugljenika iz zemlje u atmosferu, drugi uticaji nisu toliko korisni, rekla je ona.
„Kada imate jednu biljnu vrstu koja u velikoj meri nadmašuje ostatak zajednice, postoje velike implikacije na ekosistem“, rekao je Linč. Na primer, rekla je ona, „stanište i izvori hrane za mnoge životinje na Arktiku zavise od različitih biljnih zajednica, a gubitak ove raznolikosti može da se provuče kroz ceo ekosistem“.
Lauren Gifford, pomoćnica direktora CSU-ovog Centra za rešenja za ugljenik u zemljištu, koja nije bila uključena u studiju, rekla je da rad naglašava potrebu za robusnijim i detaljnijim modeliranjem kako bi se bolje predvidelo kako će klimatske promene uticati na ugljenik uskladišten na Arktiku.
„Ovo je izvanredno 35-godišnje istraživanje jednog od najranjivijih ekosistema na Zemlji“, rekao je Giford. „Čak i uz sveobuhvatne dugoročne studije, uticaji klimatskih promena često ostaju neizvesni. Intervencije koje pomažu u prilagođavanju i ublažavanju klimatskih promena mogu dovesti do ishoda koji su analogni, kontradiktorni ili proizvesti neželjene posledice.“
Sa svoje strane, Machmuller se nada da će rad podstaći buduća istraživanja na ovu temu. „Istraživanje ugljenika na Arktiku je dugo bila vruća tema zbog kritične uloge koju ima u regulisanju naše globalne klime“, rekla je ona. „Ali još uvek ne znamo kako će tačno izgledati budući balans ugljenika.“
