Ученые из Китая поставили под сомнение общепринятый метод оценки накопления углерода в сельскохозяйственных почвах. Десятилетиями агрономы считали, что рост доли так называемого твердофазного органического вещества (particulate organic matter, POM) после внесения компоста или соломы свидетельствует о связывании углерода. Однако новое исследование показало, что этот прирост зачастую объясняется лишь наличием неразложившихся остатков, а не образованием стабильных органических соединений.
Почвенное органическое вещество неоднородно. Стабильным и долгосрочно связанным углеродом можно считать только ту его часть, которую переработали микроорганизмы и которая связалась с минералами почвы. Фракция POM, которую определяют по размеру частиц (более 53 микрометров), включает как частично разложившиеся остатки, так и необработанную органику. Стандартные методы просеивания не позволяют их различить, что и приводит к искажению данных. В результате за накопление углерода часто принимают массу ещё не переработанного материала.
Исследователи из Цзилиньского сельскохозяйственного университета в Чанчуне предложили способ отделить одно от другого. Они покрыли образцы кукурузной соломы и полученного из неё биоугля наночастицами оксида железа, сделав их магнитными. Обработка не изменила химический состав материалов и не помешала микробам их разлагать. Суть метода в том, что по мере разложения органики микробными сообществами наночастицы железа отсоединяются, и материал теряет магнитные свойства. Это позволяет с помощью сильного магнита извлечь из почвенных образцов только те фрагменты, которые ещё не подверглись разложению.
Эксперимент длился год на образцах чернозёма из северо-восточного Китая. За это время солома активно разлагалась – через 360 дней в почве осталось около 55% её первоначальной массы. Биоуголь, напротив, оказался крайне устойчивым: даже спустя год сохранилось более 92% материала. В контрольных пробах, где использовали необработанные солому и биоуголь, содержание POM было значительно выше, чем в почве без добавок. Но как только из параллельных образцов магнитом извлекли неразложившиеся остатки, все различия исчезли. Уровень POM в этих очищенных пробах не отличался от контрольных значений.
Расчёты показали, насколько велика может быть ошибка. Уже через 30 дней после внесения соломы содержание углерода во фракции POM было завышено на 63%, а в случае с биоуглем – на 59%. Через год для биоугля погрешность всё ещё превышала 53%. Это означает, что кажущийся прирост органического вещества почти полностью состоял из нетронутых фрагментов внесённых материалов, а не из нового, стабильного гумуса.
Выводы исследования имеют большое значение для климатической политики. Большинство научных работ по динамике углерода в почве – краткосрочные, где риск неверной интерпретации максимален. Если системы оценки, включая программы углеродных кредитов, опираются на завышенные данные, то эффективность практик по улавливанию углерода в почвах сильно переоценена. Это особенно касается биоугля: он действительно долго сохраняется в почве, но его стойкость объясняется химической инертностью, а не интеграцией в почвенную матрицу благодаря работе микроорганизмов.
Авторы работы не оспаривают пользу органических удобрений для питания растений, удержания влаги и улучшения структуры почвы. Они лишь призывают к точности в измерениях и выводах. Предложенный ими магнитный метод – первый инструмент, который позволяет количественно отделить свежие остатки от стабильного органического вещества, связанного с почвой. Это может изменить подходы к оценке одного из важнейших резервуаров углерода на планете.