Pozytywny wpływ różnorodności roślin na oddychanie gleby maleje wraz ze wzrostem produktywności w lasach na całym świecie

Dlaczego to ma znaczenie dla klimatu i lasów

Lasy cicho „oddychają” przez swoje gleby, uwalniając dwutlenek węgla, gdy korzenie i mikroby rozkładają materię organiczną. To glebowe „oddychanie”, nazywane respiracją gleby, jest jednym z największych przepływów węgla na Ziemi i ma silny wpływ na klimat. Jednocześnie lasy doświadczają szybkich strat gatunków roślin. Badanie stawia pozornie proste pytanie o dalekosiężnych konsekwencjach: czy większa liczba gatunków roślin w lesie powoduje intensywniejsze oddychanie gleby, i czy odpowiedź ta zmienia się między rzadszymi, słabiej rozwiniętymi lasami a bujnymi, wysoko produktywnymi lasami?

Życie w glebie i ukryte oddychanie lasu

Respiracja gleby to ciągłe uwalnianie dwutlenku węgla z gruntu, gdy korzenie rosną, a mikroby rozkładają martwe liście i drewno. Globalnie ten przepływ jest drugi pod względem wielkości po fotosyntezie roślin, więc nawet niewielkie procentowe zmiany mogą zmienić, ile węgla pozostaje zmagazynowanego w glebie, a ile wraca do atmosfery. Wiele badań na małą skalę wykazało, że większa liczba gatunków roślin zwykle wzmacnia życie w glebie i akumulację materii organicznej, sugerując, że bioróżnorodność może też zwiększać respirację gleby. Jednak większość tych eksperymentów była krótkoterminowa, koncentrowała się na trawiastych ekosystemach lub obejmowała niewiele gatunków, co pozostawia pytanie, jak różnorodność roślin kształtuje respirację gleby w lasach na całym świecie i w różnych klimatach.

Budowanie globalnego obrazu z rozproszonych pomiarów

Aby się z tym zmierzyć, autorzy zgromadzili kilka dużych zestawów danych i połączyli je z nowoczesnym uczeniem maszynowym. Wykorzystali ponad 6000 terenowych pomiarów respiracji gleby zebranych na całym świecie i wytrenowali głęboki model uczenia, aby przewidywał miesięczną respirację gleby w wysokiej rozdzielczości na podstawie cech klimatu, gleby i roślinności. Następnie nałożyli globalne mapy bogactwa gatunkowego drzew i ogólnego bogactwa roślin naczyniowych (w tym drzew, krzewów i bylin), wraz z satelitarną miarą produktywności lasu znaną jako netto produkcja pierwotna. Kontrolując temperaturę, opady, właściwości gleby i cechy roślinności, mogli wyodrębnić, ile samodzielnie wnosi różnorodność roślin do zmienności respiracji gleby.

Różnorodność pomaga przede wszystkim tam, gdzie zasobów brak

Analizy globalne ujawniają wyraźny, lecz niuansowy wzorzec. W lasach o niskiej i umiarkowanej produktywności, miejscach, gdzie wzrost jest ograniczony przez chłód, suchość lub niedobór składników odżywczych, większa liczba gatunków roślin silnie wiąże się z wyższą respiracją gleby. Zróżnicowane zbiorowiska roślin tam wydają się lepiej zasilać system glebowy — przez mieszankę głębokości korzeni, wydzielin korzeniowych i rodzajów ściółki, które wspierają aktywne społeczności mikroorganizmów. Jednak wraz ze wzrostem produktywności i bogactwa biomasy korzyść wynikająca z dodania kolejnych gatunków maleje. W bardzo produktywnych lasach — na przykład w ciepłych, wilgotnych regionach z gęstym runem koron — dodatkowy efekt bioróżnorodności staje się niewielki, a po uwzględnieniu wpływu klimatu i gleby może się nawet nieco odwrócić.

Kiedy więcej gatunków przestaje dodawać wiele

Badanie proponuje kilka powodów słabnięcia efektu różnorodności w wysoko produktywnych lasach. Tam, gdzie warunki są już korzystne, kilka dominujących gatunków może dostarczać dużych ilości materii organicznej do gleby, ustanawiając wysoki punkt odniesienia aktywności mikrobiologicznej i respiracji gleby. Dodatkowe gatunki mogą pełnić podobne role, więc ich obecność wnosi niewiele dodatkowej funkcji — to koncepcja znana jako redundancja funkcjonalna. Silna konkurencja o światło i składniki odżywcze może dodatkowo faworyzować wąski zestaw gatunków, zmniejszając znaczenie pozostałych dla procesów glebowych. W takich warunkach to temperatura, wilgotność i inne czynniki abiotyczne stają się głównymi czynnikami napędzającymi respirację gleby, a marginalny wkład bioróżnorodności maleje.

Co to oznacza dla ochrony węgla i bioróżnorodności

Dla osób niebędących specjalistami kluczowe przesłanie jest takie, że rola bioróżnorodności roślin nie jest taka sama wszędzie. W lasach o niskiej i średniej produktywności każdy dodatkowy gatunek może uczynić gleby bardziej aktywnymi, wspierając cykle składników odżywczych i przepływ węgla. W najbardziej produktywnych lasach jednak samo dodanie gatunków może nie zmienić respiracji gleby znacząco, ponieważ system już pracuje blisko swojej wydolności. To zależne od kontekstu zachowanie ma znaczenie dla polityki klimatycznej. Ochrona bioróżnorodności w mniej produktywnych lasach jest szczególnie istotna, ponieważ utrata gatunków tam mogłaby osłabić procesy glebowe wspierające długoterminowe magazynowanie węgla i zdrowie ekosystemu. Uwzględnienie realistycznych efektów bioróżnorodności w modelach węglowych i klimatycznych poprawi naszą zdolność do prognozowania, jak lasy, gleby i atmosfera zareagują na trwające zmiany środowiskowe.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: bioróżnorodność lasów, oddychanie gleby, cykl węgla, produktywność ekosystemu, sprzężenia zwrotne klimatu