השפעה חיובית של מגוון צמחים על נשימת הקרקע מצטמצמת ככל שהפרודוקטיביות עולה ביערות עולמיים

מדוע זה חשוב לאקלים וליערות

יערות נושמים בשקט דרך הקרקע שלהם, משחררים פחמן דו-חמצני כאשר שורשים ומיקרובים מפרקים חומר אורגני. ה"נשימה" של הקרקע, שנקראת נשימת קרקע, היא אחת התזרימים הגדולים של פחמן על פני כדור הארץ ומשפיעה בחוזקה על האקלים. במקביל, היערות מתמודדים עם אובדן מהיר של מיני צמחים. המחקר הזה שואל שאלה שנראית פשוטה אך בעלת השלכות גדולות: האם קיום מינים רבים יותר ביער גורם לקרקע שלו לנשום יותר, והאם התשובה משתנה בין יערות דלילים ונאבקים לבין יערות שופעים ופרודוקטיביים?

חיים בקרקע ונשימת היער הסמויה

נשימת הקרקע היא שחרור רציף של פחמן דו-חמצני מהאדמה כאשר שורשים צומחים ומיקרובים מפרקים עלים ועץ מתים. ברמה הגלובלית, זרימה זו עומדת במקום השני בגודלה אחרי פוטוסינתזה של צמחים, ולכן אפילו שינויים קטנים באחוזים יכולים לשנות כמה פחמן נשאר מאוחסן בקרקעות לעומת כמה חוזר לאוויר. ניסויים רבים בקנה מידה קטן הראו שמספר מינים גדול יותר נוטה להגביר את פעילות החיים בקרקע ואת החומר האורגני, מה שרומז שמגוון ביולוגי עשוי גם להגדיל את נשימת הקרקע. עם זאת, רוב הניסויים הללו היו לטווח קצר, התמקדו בערבות או התבססו על מספר מצומצם של מינים, ולכן נותרת השאלה כיצד מגוון הצמחים מעצב את נשימת הקרקע ברחבי יערות העולם והאקלים השונים.

בניית תמונה גלובלית ממדידות מפוזרות

כדי להתמודד עם הנושא, המחברים אספו כמה מערכי נתונים גדולים ושילבו אותם עם למידת מכונה מודרנית. הם השתמשו ביותר מ-6,000 מדידות שטח של נשימת קרקע שנלקחו ברחבי העולם ואימנו מודל למידה עמוקה לחיזוי נשימת קרקע חודשית ברזולוציה עדינה על סמך מאפייני אקלים, קרקע וצמחייה. לאחר מכן הם חיפו מפות גלובליות של עשירות מיני עצים ועושרן הכללי של צמחים וסקולריים (כולל עצים, שיחים ועשבים), יחד עם מדד לווייני לפרודוקטיביות היער הידוע כייצור ראשוני נקי. על ידי בקרה על טמפרטורה, משקעים, תכונות קרקע ותכונות צמחייה, הם יכלו לזקק עד כמה מגוון הצמחים עצמו תורם לשונות בנשימת הקרקע.

מגוון מסייע בעיקר במקום שבו המשאבים נדירים

הניתוחים הגלובליים חושפים דפוס ברור אך מעודן. ביערות עם פרודוקטיביות נמוכה עד מתונה, אזורים שבהם הצמיחה מוגבלת על ידי קור, יובש או חומרים מזינים מועטים, קיום מינים רב יותר מקושר בחוזקה לנשימת קרקע גבוהה יותר. קהילות צמחיות מגוונות שם נראות כמי שמזינות את מערכת הקרקע ביעילות רבה יותר, באמצעות שילוב של עומקי שורש שונים, הפרשות שורש וסוגי ניחוח (ליטר) שתומכים בקהילות מיקרוביאליות פעילות. אך ככל שהפרודוקטיביות עולה והיערות נעשים עשירים יותר במסת ביומסה, התועלת שבהוספת מינים נוספים קטנה. ביערות פרודוקטיביים מאוד — כגון אזורים חמים ולחים עם כיסויי עלווה צפופים — התוספת מהגיוון הופכת קטנה ואף יכולה להיעשות שלילית במעט לאחר שמחשבים את השפעת האקלים והקרקעות.

מתי עוד מינים מפסיקים לתרום הרבה

המחקר מציע מספר סיבות להתפוגגות אפקט הגיוון ביערות בעלי פרודוקטיביות גבוהה. במקום שבו התנאים כבר נוחים, מספר מועט של מינים דומיננטיים עלול לספק כמויות גדולות של חומר אורגני לקרקע, לקבוע רמת פעילות מיקרוביאלית ונשימת קרקע גבוהה כברירת מחדל. מינים נוספים עשויים למלא תפקידים דומים, ולכן נוכחותם מוסיפה מעט לתפקוד — רעיון המוכר בשם כפל תפקיד פונקציונלי (functional redundancy). תחרות חזקה על אור וחומרי הזנה יכולה עוד להטות לטובת קבוצת מינים מצומצמת ומצליחה, ולהקטין את חשיבות השאר בתהליכי הקרקע. בהגדרות כאלה, טמפרטורה, לחות וגורמים אביוטיים אחרים הופכים להיות המניעים המרכזיים של נשימת הקרקע, ותרומתה השולית של המגוון הביולוגי קטנה.

מה המשמעות לשימור פחמן ומגוון

ללא מומחיות מיוחדת, המסר המרכזי הוא שמגוון הצמחים אינו משחק את אותו התפקיד בכל מקום. ביערות בעלי פרודוקטיביות נמוכה ובינונית, כל מין צמח נוסף יכול להפוך את הקרקעות לפעילות יותר, ולסייע בקידום מחזור החומרים ובתנועת הפחמן. אולם ביערות הפרודוקטיביים ביותר, הוספת מינים בלבד עשויה שלא לשנות הרבה בנשימת הקרקע מכיוון שהמערכת כבר פועלת קרוב לקיבולת. התנהגות התלויה בהקשר זה חשובה למדיניות אקלים. הגנה על המגוון הצומח ביערות הפחות פרודוקטיביים חשובה במיוחד, מכיוון שאובדן מינים שם עלול להחליש תהליכי קרקע התומכים באחסון פחמן ארוך טווח ובריאות המערכת האקולוגית. הכללת השפעות מציאותיות של מגוון ביולוגי במודלים של פחמן ואקלים תשפר את יכולתנו לחזות כיצד יגיבו יערות, קרקעות והאטמוספירה לשינויים סביבתיים מתמשכים.

ציטוט: Laffitte, B., Yang, Z., Jian, J. et al. Plant diversity’s positive effect on soil respiration diminishes with increasing productivity in global forests. Nat Commun 17, 3023 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69594-8

מילות מפתח: מגוון ביולוגי ביערות, נשימת הקרקע, מחזור הפחמן, פרודוקטיביות של מערכות אקולוגיות, משובי אקלים