Нагрев воздуха и почвы по‑разному влияют на запасы органического углерода в почве

Почему тёплые почвы важны для нашего будущего

Большая часть углерода в мире находится не в деревьях и не в воздухе, а захоронена в почвах. По мере потепления планеты и воздух над головой, и земля под ногами нагреваются, что может изменить объёмы углерода, хранящегося в почвах. В этом исследовании поставлен простой, но важный вопрос для климата: одинаково ли воздействуют потепление воздуха и потепление почвы на этот скрытый углеродный банк, или они толкают его в разные стороны?

Два вида потепления — две разные истории

Авторы объединили результаты 327 полевых экспериментов по всему миру, в которых целенаправленно нагревали экосистемы, и сопоставили их с подробной компьютерной моделью процессов на земле. В экспериментах использовали разные инструменты нагрева: открытые купольные установки в основном повышали температуру воздуха вокруг растений, нагревательные кабели — в основном нагревали почву, а инфракрасные обогреватели воздействовали на оба компонента. В целом по всем площадкам потепление в среднем едва изменяло содержание органического углерода в почве — тёмного, богатого углеродом материала. Но при разборе данных по методам нагрева проявилась закономерность. Потепление воздуха, как правило, оставляло почвенный углерод без существенных изменений, тогда как прямой нагрев почвы чаще приводил к потерям накопленного углерода.

Как тёплый воздух проникает в почву

С помощью модели исследователи изучили, почему потепление воздуха и почвы расходятся по эффектам. Они обнаружили, что повышение температуры воздуха не всегда приводит к одинаковому повышению температуры почвы. То, сколько дополнительного тепла достигает земли, зависит от того, как входящая энергия распределяется между нагревом воздуха и испарением воды. В более влажных местах большая часть тепла уходит на испарение, поэтому почва нагревается меньше. В более сухих регионах больше энергии идёт на прямой нагрев воздуха и поверхности, так что почва прогревается сильнее. При одновременном нагреве всего экосистемного профиля, когда тепло подаётся и в воздух, и в почву, прирост температуры почвы предсказуемо был наибольшим, но при этом наблюдалась большая вариабельность между климатами.

Растения, вода и микробы в меняющемся климате

Модель также отслеживала, как реагируют рост растений и почвенные микробы. Чистая первичная продукция, мера того, сколько углерода растения извлекают из воздуха и добавляют в почву, менялась в разных направлениях на разных площадках. В холодных регионах, ограниченных энергией, потепление часто усиливало рост растений за счёт удлинения вегетационного периода. В уже тёплых регионах дополнительное тепло выводило растения за пределы их комфортной зоны и повышало их собственное дыхание, поэтому рост, как правило, снижался. Прямой нагрев почвы мало влияния оказывал на рост растений, но ускорял микробное разложение почвенного углерода, что приводило к устойчивым потерям углерода из почвенного банка.

Когда высыхание почвы замедляет разложение

Воздушное потепление оказывало более запутанное воздействие, потому что изменяло не только температуру, но и влажность почвы. Более тёплый воздух увеличивал спрос на воду, высушивая почвы во многих точках. Высыхание мешало растениям и снижало их поступления углерода в почву, что обычно означало бы уменьшение хранимого в почве углерода. В то же время то же высыхание затрудняло жизнь почвенным микробам, которым нужна вода для разложения органики. В некоторых моделируемых сценариях водный стресс так сильно замедлял микробную активность, что содержание почвенного углерода оставалось стабильным или даже росло, несмотря на ослабление вклада растений. Там, где потепление главным образом повышало температуру без сильного высыхания, быстрее шло разложение, и почвы теряли углерод.

Что это значит для климатических прогнозов

Исследование делает вывод, что потепление воздуха и потепление почвы действуют на почвенный углерод по‑разному, и соотношение этих эффектов зависит от климата и условий влажности. Прямой нагрев почвы, как правило, сокращает пул почвенного углерода за счёт ускорения разложения, тогда как потепление воздуха может как истощать, так и защищать почвенный углерод в зависимости от того, как оно меняет рост растений и влажность почвы. Это означает, что объединение всех экспериментов по нагреву в одну кучу или игнорирование степени высыхания почв может вводить в заблуждение при климатическом прогнозировании. Чтобы лучше предсказать, сколько углерода почвы выделят в более тёплом мире, учёным необходимо учитывать как раздельные, так и совместные эффекты нагрева воздуха и почвы, а также то, как микробы и растения приспосабливаются к изменениям воды и тепла.

Цитирование: Luo, Z., Ren, J. & Fatichi, S. Air and soil warming have different effects on soil organic carbon storage. Commun Earth Environ 7, 394 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03367-5

Ключевые слова: почвенный углерод, потепление климата, влажность почвы, полевые экосистемные эксперименты, углеродный цикл