Усиленное ограничение ресурсов из‑за ускоренного роста микробов ослабляет ответ на повышенный CO2 в зрелом лесу

Почему дополнительный углерод в воздухе не гарантирует более активный рост леса

По мере роста концентрации диоксида углерода в атмосфере многие надеются, что леса начнут быстрее расти и поглощать избыток углерода, замедляя климатические изменения. Но леса не живут только за счёт углерода. Им также нужны питательные вещества из почвы, которые они делят с обширными сообществами микробов. В этом исследовании изучается, что происходит в зрелом эвкалиптовом лесу Австралии, когда в течение десяти лет воздух обогащали CO2: выяснилось, что голодные почвенные микробы могут сдерживать способность леса захватывать углерод.

Лесной эксперимент в полевых условиях

Чтобы выйти за пределы экспериментов на горшечных растениях и краткосрочных испытаний, исследователи использовали крупный полевой эксперимент EucFACE в естественном эвкалиптовом лесу Австралии. Там вокруг участков леса установлены большие металлические кольца, которые аккуратно подают дополнительный CO2, повышая концентрации до уровней, ожидаемых в этом веке, в то время как соседние кольца остаются на современных уровнях. Почва на этом участке бедна фосфором — ключевым элементом для роста растений. Ранние работы показали, что повышенный CO2 первоначально стимулирует фотосинтез деревьев, но их биомасса не увеличивается значительно, а добавленный углерод в основном возвращается в атмосферу из почвы. Учёные заподозрили, что почвенные микробы могут удерживать фосфор и ограничивать рост деревьев, но требовались прямые тесты того, как эти микробы реагируют на дефицит углерода и питательных веществ.

Тестирование нехватки ресурсов у почвенных микробов

Команда отобрала почвы как из кольцев с нормальным CO2, так и из колец с повышенным CO2 после десяти лет воздействия. В лаборатории они провели два типа экспериментов. Сначала в почвы на короткий срок добавляли разные комбинации углерода, азота и фосфора и измеряли, как быстро растут и дышат микробы. Всплеск роста после конкретного добавления указывает, какого ресурса не хватает сильнее всего. Во втором, более длительном испытании продолжительностью шесть недель, вносили большие количества опада листьев с дополнительным азотом и фосфором или без них, чтобы проследить во времени реакции микробов по росту, активности ферментов и запасанию питательных веществ.

Микробы жаждут углерода в первую очередь, фосфора — во вторую

Вопреки ожиданиям для этого фосфорно‑бедного леса, выяснилось, что рост микробов в основном ограничивался углеродом и лишь вторично — фосфором. Иными словами, разлагающие организмы в почве были в большей степени ограничены нехваткой легко усваиваемого углеродного «питания», хотя сами растения сдерживались низким содержанием фосфора. Внесение углерода и опада сильно стимулировало рост микробов, а сочетание этих добавок с фосфором усиливало эффект, подтверждая важность обоих ресурсов. Удивительно, но длительное воздействие повышенного CO2 усилило эти ограничения: микробы в почвах с высоким CO2 демонстрировали более сильные реакции роста при добавлении углерода и фосфора, что указывает на возрастание их голода по обоим ресурсам.

Быстрорастущие микробы при том же составе сообщества

Почему микробы стали сильнее ограничиваться углеродом, когда под повышенным CO2 в почву поступает больше растительного углерода? Авторы предполагают, что дополнительные выделения корней и опад благоприятствуют «копиотрофным» микробам — организмам, которые быстро растут при обилии ресурсов, но требуют много топлива для поддержания такого темпа. Измерения подтверждали эту идею: общие скорости роста микробов были выше при повышенном CO2, главным образом за счёт бактерий, тогда как дыхание, общая биомасса и широкий состав сообщества изменялись мало. Ферменты, специализирующиеся на извлечении углерода и фосфора из органического материала, стали более выраженными, что указывает на то, что микробы прилагали больше усилий для добычи этих дефицитных ресурсов. Одновременно микробы эффективно фиксировали фосфор в собственной биомассе, когда он был доступен, дополнительно уплотняя локальный круговорот питательных веществ.

Что это значит для хранения углерода в лесах

Сформировалась картина зрелого леса, где дополнительный атмосферный CO2 обеспечивает поступление большего количества углерода в почву, но это в первую очередь ускоряет быстрорастущее микробное сообщество, которое испытывает дефицит как углерода, так и фосфора. Эти микробы быстро перерабатывают свежий опад, добывают питательные вещества из более старого органического вещества и фиксируют фосфор в своих клетках. В результате деревьям достаётся меньше фосфора, а большая часть поступающего углерода быстро возвращается в атмосферу, вместо того чтобы откладываться в древесине или долгоживущих почвенных запасах. Для неспециалиста основной вывод таков: повышение CO2 не гарантирует, что леса будут накапливать больше углерода. Скорее, скрытая борьба за питательные вещества между корнями и микробами может ослабить способность леса служить долгосрочным углеродным поглотителем, особенно в старых, бедных фосфором экосистемах.

Цитирование: Yuan, M., Macdonald, C.A., Hicks, L.C. et al. Strengthened resource limitation driven by accelerated microbial growth dampens response to elevated CO₂ in a mature forest. Commun Earth Environ 7, 261 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03365-7

Ключевые слова: повышенный CO2, почвенные микробы, углерод в лесах, фосфорное ограничение, EucFACE