Вчені виявили критичну кліматичну межу опадів, яка повністю змінює здатність екосистем утримувати азот

Міжнародна група дослідників під керівництвом професорки Лю Лінлі з Інституту ботаніки Китайської академії наук (IBCAS) здійснила важливе екологічне відкриття.

Джерело: phys.org

Вчені визначили точний кліматичний поріг середньорічної кількості опадів — приблизно 700 міліметрів, — досягнення якого кардинально змінює механізми регулювання азоту в екосистемах. Результати цього дослідження, що мають вирішальне значення для прогнозування стабільності ґрунтів в умовах глобальних змін клімату, опубліковані в авторитетному науковому журналі Nature Geoscience.

Для виявлення цієї закономірності екологи використали природний стабільний ізотоп азоту-15 (δ15N) як інтегрований довгостроковий індикатор балансу між накопиченням та втратою цієї речовини в ґрунті. Науковці детально проаналізували масиви екологічних даних, зібраних із 31 наукової станції Національної мережі екологічних обсерваторій (NEON) у Сполучених Штатах Америки. Дослідження підтвердило наявність чіткої межі, яка географічно збігається з відомим посушливо-вологим поділом Північної Америки, що традиційно проходив по 100-му меридіану, а зараз через кліматичні зміни зміщується до 98-го меридіана.

Аналіз показав, що в посушливих екосистемах, де середньорічний рівень опадів не досягає 700 міліметрів, показник ізотопу δ15N зменшується із зростанням кількості дощів. Це свідчить про значне посилення здатності екосистеми утримувати азот усередині своєї структури. У таких умовах дефіциту вологи збільшення опадів стимулює розвиток різноманітності рослин, які починають активно конкурувати з ґрунтовими мікроорганізмами за поживні речовини, буквально «замикаючи» життєво важливий азот у рослинній біомасі та запобігаючи його вивітрюванню чи вимиванню.

Проте ситуація дзеркально змінюється у вологих регіонах, де рівень опадів перевищує критичну позначку у 700 міліметрів на рік. У цих зонах подальше зростання кількості дощів призводить до стрімкого збільшення показника ізотопу δ15N у ґрунті, що сигналізує про масштабні втрати поживних елементів. Екосистема стає надто «проникною», і азот починає вимиватися разом із підземними гідрологічними водами, а також інтенсивно випаровуватися в атмосферу внаслідок мікробних процесів денітрифікації (перетворення сполук азоту на газ).

Автори роботи підкреслюють, що за умови низької вологості головними регуляторами збереження азоту є біологічні фактори — структура рослинних спільнот та склад мікроорганізмів. Натомість у вологому кліматі контроль повністю переходять до фізико-хімічних властивостей самого ґрунту. На перший план виходять такі показники, як співвідношення вуглецю до азоту, поточний рівень нітратів та відсотковий вміст глини в шарах землі, які визначають швидкість дренажу та фільтрації води.

Це відкриття дає науковцям глибоке розуміння того, як саме атмосферні опади керують планетарним колообігом азоту, змінюючи баланс між рослинними, мікробними та суто гідрологічними процесами. Отримані результати стануть фундаментальною основою для вдосконалення існуючих комп'ютерних моделей Землі. Оновлені алгоритми дозволять набагато точніше прогнозувати поведінку дикої природи та динаміку поживних речовин під час майбутніх екстремальних погодних явищ та глобальних гідрокліматичних зсувів на континенті.