Корни разных видов растений по-разному влияют на круговорот углерода и азота в почве. К такому выводу пришла группа учёных под руководством Синьюэ Юань и Юйцин Чжан из Пекинского лесного университета, изучив шесть доминирующих видов растений в пустыне Му-Ус на севере Китая. В зависимости от вида, корни либо замедляли высвобождение углерода из почвы на 15%, либо ускоряли его на 95%. Влияние на доступность азота также сильно различалось – от 10% до 95%. Результаты исследования опубликованы в журнале Plant and Soil.
Учёные сосредоточились на ризосфере – тонком слое почвы, который непосредственно окружает корни. Эта зона химически очень активна, поскольку корни выделяют сахара и органические кислоты, питая микроорганизмы и растворяя минералы. Исследователи установили, что воздействие на углеродный цикл идёт двумя путями. Растения, которые активно выделяют органические вещества, с одной стороны, стимулируют почвенных микробов, и те начинают быстрее разлагать органику. С другой стороны, корневые выделения разрушают связи между органическим веществом и минералами – оксидами железа и алюминия, – высвобождая связанный углерод и делая его доступным для микроорганизмов.
Эта работа впервые подтверждает в полевых условиях гипотезу о том, что корни способны «отстёгивать» органику от минеральной основы. Ранее такой механизм наблюдали только в лаборатории. Таким образом, дестабилизация минералов – это реальный процесс, который зависит от конкретного вида растения и регулирует круговорот углерода в пустынных почвах.
Круговорот азота подчиняется другой логике. На него влияют те же свойства корней, что и на углерод, но механизм иной. Вместо того чтобы стимулировать ферменты, которые извлекают азот из сложных органических соединений, растения напрямую насыщают прикорневую зону легкодоступными формами органического азота. По сути, они «подкармливают» почву, увеличивая пул растворимых питательных веществ.
Полученные данные важны для понимания экосистем засушливых земель, которые занимают около 40% суши и особенно чувствительны к изменению климата. В бедных почвах пустынь растения фактически сами создают себе питательную среду. Понимание этих механизмов поможет уточнить климатические модели, которые сейчас редко учитывают процессы в ризосфере. Авторы исследования полагают, что на основе нескольких характеристик корней и данных о минеральном составе почвы можно будет точнее прогнозировать, как разные растительные сообщества влияют на накопление углерода в почве.