Рост концентрации CO2 в атмосфере снижает доступность азота в бореальных лесах

Почему питательные вещества в лесах важны для всех нас

Леса часто хвалят за то, что они забирают из воздуха углекислый газ, нагревающий планету. Но деревьям для роста нужно не только углерод. Как и сельскохозяйственные культуры, они зависят от питательных веществ — особенно азота — в почве. В этом исследовании задают на первый взгляд простой, но далеко идущий вопрос: по мере продолжения роста концентрации углекислого газа в атмосфере испытывают ли северные, бореальные леса дефицит азота, и может ли этот дефицит со временем ослабить их роль «тормоза» изменения климата?

Отслеживание истории в годичных кольцах

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи обратились к необычному архиву: тысячам кернов деревьев, собранных на протяжении десятилетий Национальной инвентаризацией лесов Швеции. Каждый керн — это узкий цилиндр, высверленный из ствола дерева, в котором сохраняются кольца, фиксирующие ежегодный прирост. Команда проанализировала более 1600 кернов двух обычных бореальных видов — сосны обыкновенной и ели европейской — охватывая леса Швеции с 1950-х по 2010-е годы. Вместо того чтобы измерять только прирост, они сосредоточились на химическом «отпечатке» в древесине: соотношении двух форм азота. Это соотношение, записываемое как δ15N, изменяется в предсказуемом направлении, когда доступность азота в экосистеме уменьшается или увеличивается, что позволяет учёным восстановить историю азотного статуса лесов за почти семь десятилетий.

Общенациональный сигнал истощения азота

Швеция особенно пригодна для того, чтобы распутать действующие факторы. С севера на юг страна охватывает четырёхкратный градиент по загрязнению азотом из атмосферы, в основном вызванный человеческой деятельностью — сжиганием ископаемого топлива и применением удобрений. В то же время углекислый газ в атмосфере здесь почти одинаков по всей территории. Если бы снижение азота в лесах в основном объяснялось изменением атмосферных поступлений азота, тренды δ15N должны были бы сильно различаться между интенсивно и слабо загрязнёнными районами. Вместо этого исследователи обнаружили, что δ15N в годичных кольцах снижался с течением времени во всех четырёх регионах Швеции, включая далёкий север, где отложения азота всегда были очень низкими и относительно стабильными. Это широкомасштабное нисходящее смещение указывает на фактор, действующий повсеместно — рост концентрации углекислого газа — а не только на локальные изменения загрязнения.

Проверка конкурирующих объяснений

Чтобы тщательнее изучить причины, команда использовала статистические модели, связывающие δ15N в годичных кольцах с несколькими факторами окружающей среды: атмосферным углекислым газом, различными показателями отложений азота, температурой и структурой леса. Во многих вариантах моделей углекислый газ постоянно проявлялся как сильнейший предиктор δ15N с явно отрицательной связью: по мере роста CO2 δ15N в древесине снижался. Отложения азота и температура играли заметные, но гораздо более слабые роли. Примечательно, что предложенное объяснение, основанное на сдвиге между различными химическими формами атмосферного азота — аммиаком и нитратом — не подтвердилось данными. Эти результаты укрепляют доводы в пользу того, что рост CO2 прямо «зашатывает» азотный цикл в бореальных лесах, а не лишь маскирует эффекты чистого воздуха в результате законов по снижению загрязнений.

Как больше углерода может означать меньше азота

Исследование также рассмотрело, как изменения в росте леса соотносятся с азотным статусом. Данные национальной инвентаризации показывают, что сосняки и ельники Швеции росли быстрее с 1950-х годов, накапливая больше древесины ежегодно. Сравнивая эти тренды роста с δ15N, авторы обнаружили, что участки с наибольшим приростом роста, как правило, демонстрировали и наибольшее снижение δ15N, что согласуется с идеей «прогрессирующего азотного ограничения». В бытовых терминах дополнительный CO2 действует как временное удобрение для фотосинтеза, побуждая деревья расти и требовать больше азота. Со временем этот повышенный спрос может превосходить естественные поступления азота в почву. Деревья могут реагировать, направляя больше сахаров своим корневым партнёрам — микоризным грибам — которые помогают извлекать органический азот из более глубоких или более «упрямых» пулов. Эта стратегия некоторое время поддерживает рост, но при этом фиксирует больше азота в биомассе и грибной ткани, уменьшая количество оставшегося в почве и ручьях.

Что это значит для климата в будущем

Поскольку бореальные леса содержат непропорционально большую долю наземного углерода планеты, их долгосрочная реакция на рост CO2 определит, какая часть наших выбросов останется в атмосфере. Это исследование показывает, что по мере увеличения концентрации углекислого газа азот в этих лесах тихо становится дефицитным, даже в местах, удалённых от промышленного загрязнения. Авторы делают вывод, что снижение доступности азота — сигнализируемое падением δ15N в годичных кольцах — всё в большей степени ограничит способность бореальных лесов поглощать дополнительный углерод. Для непрофессионала послание предельно ясно: нельзя рассчитывать, что северные леса будут поглощать всё больше наших выбросов бесконечно. Их всплеск роста при повышенном CO2 имеет скрытую цену в виде дефицита питательных веществ, что делает ещё более срочной задачу сокращения выбросов парниковых газов у источника, а не полагаться лишь на леса, чтобы нас выручить.

Цитирование: 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

Ключевые слова: бореальные леса, углекислый газ, ограничение азотом, годичные кольца деревьев, глобальный углеродный цикл