Wzrost CO2 w atmosferze zmniejsza dostępność azotu w lasach borealnych

Dlaczego składniki odżywcze w lasach dotyczą nas wszystkich

Lasy często są chwalone za wychwytywanie z powietrza dwutlenku węgla, który ogrzewa planetę. Jednak drzewa do wzrostu potrzebują nie tylko węgla. Podobnie jak uprawy na polu, zależą także od składników odżywczych — zwłaszcza azotu — w glebie. To badanie stawia pozornie proste pytanie o dalekosiężnych implikacjach: czy w miarę jak stężenie dwutlenku węgla w atmosferze rośnie, północne lasy borealne świata zaczynają odczuwać niedobór azotu, i czy ten niedobór ostatecznie osłabi ich rolę hamulca dla zmian klimatu?

Śledzenie historii w słojach drzew

Aby odpowiedzieć na to pytanie, badacze zwrócili się do nietypowego archiwum: tysięcy rdzeni drzew zebranych przez dziesięciolecia przez Szwedzki Krajowy Inwentaryzator Lasów. Każdy rdzeń to wący cylinder wywiercony z pnia drzewa, zachowujący słoje, które rejestrują roczny wzrost. Zespół przeanalizował ponad 1600 rdzeni od dwóch pospolitych gatunków borealnych — sosny zwyczajnej i świerka pospolitego — obejmujących lasy w całej Szwecji od lat 50. XX wieku do 2010. Zamiast mierzyć jedynie wzrost, skupili się na chemicznym odcisku w drewnie: stosunku dwóch form azotu. Ten stosunek, zapisywany jako δ15N, zmienia się w przewidywalny sposób, gdy dostępność azotu w ekosystemie rośnie lub maleje, co pozwala naukowcom odtworzyć historię zasobności lasów w azot na przestrzeni prawie siedmiu dekad.

Krajowy sygnał malejącego azotu

Szwecja jest szczególnie odpowiednia do rozplątania działających sił. Z północy na południe kraj obejmuje czterokrotny gradient zanieczyszczenia azotem z powietrza, napędzany głównie przez działalność ludzką, taką jak spalanie paliw kopalnych i stosowanie nawozów. Dla kontrastu, dwutlenek węgla w atmosferze jest w tym regionie niemal jednorodny. Gdyby spadek azotu w lasach wynikał głównie ze zmian depozycji azotu, trendy δ15N powinny silnie różnić się między obszarami mocno i słabo zanieczyszczonymi. Zamiast tego badacze stwierdzili, że δ15N w słojach maleje z upływem czasu we wszystkich czterech regionach Szwecji, w tym na dalekiej północy, gdzie depozycja azotu od zawsze była bardzo niska i stosunkowo stabilna. Ten powszechny spadek wskazuje na czynnik działający wszędzie naraz — rosnący dwutlenek węgla — raczej niż tylko lokalne zmiany zanieczyszczeń.

Testowanie konkurencyjnych wyjaśnień

Aby dokładniej zbadać przyczyny, zespół zastosował modele statystyczne łączące δ15N w słojach z kilkoma czynnikami środowiskowymi: stężeniem dwutlenku węgla w atmosferze, różnymi miarami depozycji azotu, temperaturą i strukturą lasu. W wielu wariantach modeli dwutlenek węgla konsekwentnie wyłaniał się jako najsilniejszy predyktor δ15N, z wyraźną zależnością ujemną: wraz ze wzrostem CO2, δ15N w drewnie spadało. Depozycja azotu i temperatura odgrywały wykrywalne role, ale ich wpływ był znacznie słabszy. Warto zauważyć, że zaproponowane wyjaśnienie oparte na przesunięciach między różnymi chemicznymi formami azotu w powietrzu — amonem a azotanem — nie znalazło wsparcia w danych. Wyniki te wzmacniają tezę, że rosnące stężenie CO2 bezpośrednio zaciska cykl azotowy w lasach borealnych, a nie jedynie maskuje skutki poprawy jakości powietrza.

Jak więcej węgla może oznaczać mniej azotu

Badanie przeanalizowało też, jak zmiany wzrostu lasu wiążą się ze statusem azotu. Dane z krajowej inwentaryzacji pokazują, że lasy sosnowe i świerkowe w Szwecji rosną szybciej od lat 50., rocznie akumulując więcej drewna. Gdy autorzy porównali te trendy wzrostu z δ15N, stwierdzili, że stanowiska o najsilniejszym wzroście wykazywały największe spadki δ15N, co jest zgodne z koncepcją „postępującego ograniczenia azotowego”. W codziennym ujęciu dodatkowy dwutlenek węgla działa jak tymczasowy nawóz dla fotosyntezy, zachęcając drzewa do wzrostu i zwiększając zapotrzebowanie na azot. Z czasem to zwiększone zapotrzebowanie może przewyższyć ilość azotu naturalnie dostępnego w glebie. Drzewa mogą reagować, inwestując więcej w związki cukrów dla swoich partnerów korzeniowych — grzybów mikoryzowych — które pomagają im pozyskiwać organiczny azot z głębszych lub bardziej opornych zasobów. Ta strategia utrzymuje wzrost przez jakiś czas, ale jednocześnie zamyka więcej azotu w biomasie i tkankach grzybów, zmniejszając ilość pozostającą w glebie i ciekach.

Co to oznacza dla przyszłości klimatu

Ponieważ lasy borealne magazynują nieproporcjonalnie dużą część węglowej puli lądowej, ich długoterminowa reakcja na rosnące CO2 będzie kształtować, jak dużo naszych emisji pozostanie w atmosferze. Badanie pokazuje, że w miarę wzrostu CO2 azot w tych lasach cichaczem staje się rzadszy, nawet w miejscach daleko od przemysłowego zanieczyszczenia. Autorzy wnioskują, że spadająca dostępność azotu — sygnalizowana przez malejące δ15N w słojach drzew — coraz silniej ograniczy, ile dodatkowego węgla lasy borealne będą w stanie pochłonąć. Dla laika przekaz jest prosty: nie możemy polegać na północnych lasach, że będą pochłaniać coraz więcej naszych emisji. Ich „zryw wzrostu” przy wyższym CO2 ma ukryty koszt w postaci składników odżywczych, co jeszcze bardziej podkreśla konieczność ograniczenia emisji gazów cieplarnianych u źródła, zamiast polegać wyłącznie na lasach, aby nas uratowały.

Cytowanie: Bassett, K.R., Hupperts, S.F., Jämtgård, S. et al. Rising atmospheric CO₂ reduces nitrogen availability in boreal forests. Nature 650, 629–635 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-10039-5

Słowa kluczowe: lasy borealne, dwutlenek węgla, ograniczenie azotowe, pierścienie drzew, globalny cykl węgla