Специфичные слагаемые изменения почвенного дыхания и его температурной чувствительности после преобразования естественных лесов

Почему изменения под лесами имеют значение

Когда лес вырубают или пересаживают, наиболее заметны пропавшие деревья. Менее очевидны происходящие изменения в тёмном слое почвы, где корни и микробы постоянно «дышат» углекислым газом. Эта скрытая активность, называемая почвенным дыханием, — важная часть углеродного цикла планеты. Понимание того, как оно реагирует на превращение естественных лесов в поля, пастбища или плантации, помогает оценить, как выбор землепользования влияет на климат в течение десятилетий.

Почвенное дыхание и откуда берётся углерод

Почва выделяет углекислый газ двумя основными путями. Корни растений расходуют энергию и кислород и в этом процессе выделяют углерод, в то время как бесчисленные микробы разлагают мёртвую листву и органическое вещество, также производя CO2. В исследовании были собраны результаты 452 парных измерений на 164 полевых площадках по всему миру, где всегда сравнивали естественные леса с рядом расположенными преобразованными землями при схожем климате. Это позволило авторам отделить вклад корней в почвенное дыхание от микробного вклада и увидеть, как каждый из них меняется при замене леса.

Что происходит, когда леса становятся полями или пастбищами

Во всех точках наблюдения суммарное почвенное дыхание в среднем снизилось примерно на 7 % после преобразования естественных лесов. Большая часть этого падения пришлась на корневую активность, которая упала более чем на четверть — отражая утрату живых корней при вырубке деревьев. Микробное дыхание, напротив, не показало единообразного глобального сдвига, хотя в некоторых пахотных землях оно сильно уменьшалось. Тип нового землепользования имел большое значение. Преобразование лесов в сельхозугодья или пастбища приводило к наибольшему снижению почвенного дыхания, тогда как переходы в древостойные вторичные леса или плантации обычно оставляли суммарное дыхание почвы ближе к показателям нетронутых лесов.

Как тепло влияет на почвенное дыхание со временем

Почвенное дыхание ускоряется с ростом температуры, и учёные часто описывают это числом, показывающим, насколько увеличивается дыхание при повышении на 10 градусов Цельсия. В исследовании в целом не было сильного изменения этой температурной чувствительности при объединении всех типов преобразований. Но переходы в сельское хозяйство и пастбища явно выделялись, демонстрируя повышенную чувствительность к температуре, особенно в микробной составляющей. В таких системах поступление углерода из растений в почву сокращено, а оставшееся органическое вещество труднее разлагается, поэтому микробы сильнее реагируют на потепление. Одновременно вырубка лесов обычно приводит к прогреванию почвы, частично компенсируя потерю углерода из-за снижения корневой активности.

Кратковременные шоки и долгосрочное восстановление

Изменения после преобразования леса не были постоянными. Сразу после преобразования почвенное дыхание падало примерно на одну десятую, тогда как его температурная чувствительность росла, то есть дыхание почвы становилось более отзывчивым к потеплению. Эти сдвиги длились примерно 30 лет. После этого почвенное дыхание постепенно восстанавливалось и к примерно 50 годам статистически сравнялось с дыханием соседних лесов, а температурная чувствительность вернулась к прежним уровням примерно через 40 лет. Восстановление главным образом обеспечивалось возвращением корней по мере восстановления растительности, тогда как микробное дыхание, по-видимому, испытывало противодействующие влияния — потери почвенного углерода и одновременное прогревание почвы.

Свойства почвы, формирующие ответ

Авторы использовали статистические модели, чтобы проверить, какие факторы среды лучше всего объясняют наблюдаемую вариативность ответов. Потеря органического углерода почвы и повышение её температуры оказались сильнейшими драйверами изменений суммарного почвенного дыхания. Температурная чувствительность, однако, больше зависела от исходных свойств почвы. Почвы с меньшим содержанием глины и более высоким pH демонстрировали большие увеличения температурной чувствительности, вероятно потому, что их органическое вещество хуже защищено физически, а микробные сообщества более доминируемы бактериями, которые склонны сильнее реагировать на потепление.

Что это значит для климатических рассуждений

Исследование показывает, что превращение естественных лесов в другие типы землепользования влияет на то, как почвы накапливают и выделяют углерод, сложно, но предсказуемо. В первые десятилетия после преобразования почвы обычно «дышат» меньше, но становятся более чувствительными к температуре, особенно в пахотных землях и пастбищах. Со временем почвенное дыхание и его чувствительность к потеплению возвращаются к уровням, похожим на лесные, особенно по мере восстановления растительности. Поскольку эти паттерны зависят от типа землепользования и локальных свойств почвы, авторы утверждают, что климатические модели должны учитывать почвенное дыхание и его температурную реакцию как гибкие и зависящие от компонентов, а не как фиксированные числа. Это даст более ясную картину того, как сегодняшние решения по землепользованию формируют углеродный баланс и климат в будущем.

Цитирование: Fan, R., Li, X., Fang, C. et al. Component-specific shifts in soil respiration and its temperature sensitivity following natural forest conversion. Commun Earth Environ 7, 459 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03449-4

Ключевые слова: почвенное дыхание, преобразование лесов, изменение землепользования, углерод почвы, температурная чувствительность