Учет лимитирования азотом показал, что с нарушенных земель выделяется значительно больше СО2, чем предполагалось ранее

Увы, один из самых распространенных способов расчистки леса под поля. Искусственно вызванный пожар в лесах Амазонии. Фото с сайта earthobservatory.nasa.gov

Участки растительности, нарушенные человеком, — это места, где происходит усиленное выделение в атмосферу углекислого газа. Расчет интенсивности данного процесса для всей поверхности суши, проведенный недавно группой американских и британских ученых, дал величину 1,4 ± 0,2 гигатонны углерода в год. Оценки этого процесса делались и раньше, но они были занижены, поскольку не учитывалось лимитирование роста растительности азотом и преодоление этого лимитирования за счет «удобрения» азотом в результате антропогенного загрязнения.

Сжигание ископаемого топлива ведет к поступлению в атмосферу огромного количества углекислого газа (СО₂) — в пересчете на углерод эти выбросы в последнее время составляют около 9,5 Гт (гигатонн, 10⁹ тонн) углерода в год. Примерно 30% углекислого газа связывается океаном и примерно столько же сушей. Но в наземных экосистемах происходит не только связывание СО₂ в ходе фотосинтеза растительности, но и выделение его — за счет дыхания грибов и бактерий, разлагающих органические остатки (прежде всего, отмирающие растительные ткани, опад), а также за счет дыхания корней растений. Особенно интенсивно идет выделение (эмиссия) СО₂ с нарушенных человеком земель. Эту эмиссию ученые рассчитывали уже давно, в частности используя базу данных LULUC (land-use and land-use change). Полученные оценки всё время уточнялись, поскольку появлялись новые данные и использовались более точные методы.

Свою лепту в расчеты потоков углерода между атмосферой, растительностью и почвой внесли недавно профессор Атул Джейн (Atul K. Jain) из Отдела атмосферных исследований Иллинойсского университета (Department of Atmospheric Sciences, University of Illinois, Урбана–Шампейн, Иллинойс, США) совместно с коллегами из того же университета, а также из Бристольского университета (Великобритания). Принципиально новым шагом в их работе стал учет лимитирования первичной продукции азотом. Согласно данным, опубликованным ранее другими исследователями, эмиссия СО₂ для периода 2000–2009 гг. была весьма значительной — около 1 Гт углерода в год, хотя, конечно, уступала эмиссии за счет сжигания ископаемого топлива — около 7 Гт углерода в год.

Но эти оценки получены без учета лимитирования азотом, хотя известно, что именно нехватка азота часто тормозит рост растительности, усиливающийся в ответ на увеличение содержания в атмосфере СО₂. Отчасти эта нехватка азота компенсируется его поступлением из антропогенных источников. Дело в том, что загрязнение атмосферы, как выяснилось, имеет некоторые положительные стороны. При сжигании ископаемого топлива выбрасываются оксиды азота. А они, взаимодействуя с парами воды, образуют ион NO₃, который является своего рода удобрением, падающим с неба. Очевидно, что получить полную картину баланса углерода невозможно без учета добавления азота.

Эмиссия углерода (в Гт за год) с нарушенных земель за последние 90 лет. Джейн и его соавторы привели результаты моделирования процесса эмиссии СО2, опираясь на три разных базы первичных данных. При этом в каждом случае рассчитали эмиссию без учета лимитирования азотом (синие линии) и учитывая лимитирование (красные линии). Результаты расчетов по одной совокупности исходных данных обозначены цветом определенной интенсивности. Серые линии — результаты других авторов, полученные в основном без учета лимитирования азотом. Из обсуждаемой статьи: Pongratz J. в Nature

Введение данных по азоту и пересчет старых материалов по новой модели показал, что связывание растительностью СО₂ в нарушенных экосистемах ранее существенно недооценивалось. Более высокие оценки получены и для эмиссии СО₂. Согласно Джейн и его соавторам, она составляла для 1980-х, 1990-х и 2000-2005-х годов соответственно: 1,8 ± 0,2, 1,7 ± 0,2 и 1,4 ± 0,2 Гт углерода в год. Особенно большие различия между старыми и новыми оценками выявлены для умеренных и северных широт. Для тропиков они существенно меньше поскольку там очень быстро перерабатывается растительный опад, а кроме того, есть довольно много почвенных азотфиксаторов.

Юлия Понграц (Julia Pongratz), комментируя работу Джейн и др., подчеркнула, что, если человек, опираясь на новые технологии, и сумеет существенно снизить выбросы СО₂ за счет сжигания ископаемого топлива, эмиссия СО₂ с нарушенных земель всё равно будет продолжаться.

Источники:

1) Atul K. Jain, Prasanth Meiyappan, Yang Song, Joanna I. House. CO₂ emissions from land-use change affected more by nitrogen cycle than by choice of land-used cover data // Glob. Change Biol. 2013 (онлайн-публикация). DOI: 10.1111/gcb.12207.
2) Julia Pongratz. Climate science. Plant a tree, but tend it well // Nature. 2013. V. 498. P. 47–48. Doi:10.1038/498047a.

Алексей Гиляров