Устойчивость и обновление органического углерода почв в мировых сухих регионах

Почему сухие почвы важны для климата

Сухие регионы — мировые пустыни, кустарниковые и саванные ландшафты — занимают более 40% суши и хранят огромные запасы углерода в почвах. Этот скрытый подземный резервуар помогает регулировать накопление углекислого газа в атмосфере. Тем не менее учёным долгое время было трудно установить, как долго этот почвенный углерод сохраняется и с какой скоростью возвращается в воздух, особенно в районах с дефицитом воды. В этом исследовании использовано радиоуглеродное «датирование» почти ста участков по всему миру в сухих регионах, что показало: большая часть подземного углерода намного старше и более уязвима, чем предполагали модели.

Скрытые углеродные «банки» под сухими регионами

Исследователи отбирали образцы верхних слоёв почвы в 97 экосистемах сухих регионов на шести континентах — от лугов и кустарниковых зарослей до пустынь и альпийских лугов. Они сосредоточились на органическом углероде почвы — углероде, связанном с разложившимися растениями и микробами — и на диоксиде углерода, выделяющемся при повторном увлажнении этих почв и последующем дыхании в лаборатории. Измеряя радиоуглерод, природный изотоп, распадающийся на протяжении тысяч лет, авторы могли оценить, как долго атомы углерода находятся в почве и какого возраста углерод, который выделяется в виде CO2. Этот метод фиксирует как древний углерод, захваченный растениями тысячелетия назад, так и «бомбовый» углерод — обогащённый радиоуглеродом в результате ядерных испытаний в 1960-е годы.

Древний углерод — молодые выдохи

Измерения выявили поразительный контраст между тем, что хранится в почве, и тем, что выходит в виде газа. В среднем масса органического углерода в верхних слоях сухих почв имела средний возраст около 2100 лет, что указывает на то, что лишь незначительная часть образована растительным материалом последних 60 лет. Иными словами, верхние несколько сантиметров сухих почв доминируют действительно древние запасы углерода. При этом CO2, выделявшийся в инкубациях, был значительно моложе — в среднем около 520 лет — и нес смешанный сигнал от как недавних поступлений растительного материала, так и старого почвенного углерода. Это показывает, что микробы питаются не только свежими отходами; они также используют долго хранившийся углерод, который ранее считался надёжно запертым.

Сушеющие климатические условия меняют баланс

Чтобы понять, что контролирует эти возраста, команда соотнесла радиоуглеродные сигналы с климатом, растительностью и свойствами почвы. Засушливость — показатель, объединяющий низкое количество осадков и высокое испарение — оказалась доминирующим фактором, формирующим возраст почвенного углерода в сухих регионах, более важным, чем температура. По мере усиления засушливости продуктивность растений и запасы почвенного углерода снижались, а средний возраст хранимого углерода увеличивался. Исследование выявило резкий порог при уровне засушливости около 0,87, после которого возраст почвенного углерода резко смещался к значительно большим значениям и многовековой углерод утрачивался более резко. Одновременно разрыв в возрасте между хранимым углеродом и выделяемым CO2 увеличивался, подчёркивая растущее рассогласование между тем, что удерживается в почве, и тем, что активно циркулирует через микробные сообщества.

Старый углерод не полностью безопасен

Радиоуглеродные паттерны ставят под сомнение давнее предположение о том, что очень старый почвенный углерод защищён химической связью с минералами или физической фиксацией в агрегатах. В этих сухих регионах даже углерод возрастом в тысячи лет может разлагаться после повторного увлажнения, внося вклад в большие всплески CO2, часто наблюдаемые после дождей. Авторы показывают, что заметная доля выделяемого в сухих регионах CO2 происходит именно из этих старых пулов, а не только из самого недавнего растительного материала. Такое поведение плохо моделируется в современных моделях Земной системы и алгоритмах машинного обучения, которые обычно предполагают, что почвенный углерод обновляется за десятилетия и сосредотачиваются главным образом на свежих поступлениях от растительности.

Что это значит для нашего будущего

По мере того как изменение климата усиливает засушливость во многих регионах, это исследование показывает: почвы сухих регионов могут превратиться в более старые, бедные углеродные «банки», которые хуже накапливают новый углерод и хуже удерживают древний углерод под землёй. Стратегии управления землёй, направленные на увеличение запасов углерода в сухих регионах — например, посадка большей площади растительности — могут сначала увеличить запасы, но также ускорить циклирование, ограничивая долгосрочные выгоды. Поскольку значительная часть углерода, выделяющегося после осадков, может поступать из запасов возрастом в столетия и тысячелетия, исследование предупреждает, что сухие регионы могут играть более значительную роль в усилении климатических изменений, чем позволяют большинство текущих моделей. Осознание и учёт уязвимости этих древних резервуаров углерода будут необходимы для надёжного прогнозирования будущих обратных связей углерод–климат.

Цитирование: Wang, H., Maestre, F.T., Lu, N. et al. Persistence and turnover of soil organic carbon in global drylands. Nat Commun 17, 3565 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70623-9

Ключевые слова: почвенный углерод, сухие регионы, радиоуглерод, засушливость, углеродный цикл