Учёные из Техаса опровергли давнее представление о том, что чем больше в почве минералов, тем больше углерода она способна накопить. Как показало исследование на сельхозугодьях на юге штата, в реальных условиях эта зависимость часто отсутствует или даже проявляется в обратную сторону, что ставит под сомнение некоторые подходы к борьбе с изменением климата.
Работу провели специалисты из Кооперативного центра сельскохозяйственных исследований при Университете A&M в Прейри-Вью, опубликовав результаты в журнале Discover Soil. Они решили проверить в полевых условиях, как химический состав почвы, в частности содержание катионов (положительно заряженных ионов кальция, магния, алюминия и железа), влияет на накопление органического углерода. Эксперимент проходил на действующей ферме в субтропическом климате с жарким и влажным летом. Местная почва – альфисоль, тонкий песчаный суглинок, который в отличие от чернозёмов обычно не отличается высоким содержанием органики.
Исследователи разделили три поля общей площадью около 6 гектаров на участки и взяли пробы с двух глубин – 0–15 см и 15–30 см. Лабораторный анализ показал, что распределение минералов в почве крайне неравномерно. Например, в верхнем слое одного поля было больше всего кальция и железа, а на другом – калия, магния и фосфора. С глубиной концентрация алюминия росла, а других элементов – падала.
Главным открытием стало то, что прямая связь между количеством минералов и объёмом накопленного углерода практически отсутствовала. В большинстве случаев корреляция оказалась слабой или даже отрицательной: чем больше в почве было, например, магния, тем меньше углерода она содержала. Увеличение концентрации кальция свыше определённого уровня вообще не приводило к росту накопленного органического вещества. Лишь в одном случае была зафиксирована умеренная, но статистически незначимая положительная связь с алюминием.
Расхождение теории с практикой объясняется факторами окружающей среды, которые мешают минералам связывать углерод. Повышение pH почвы может ослабить химические связи, а высокая температура (около 29–30 °C) и колебания влажности стимулируют микроорганизмы вырабатывать соединения, которые разрушают комплексы минералов и органических молекул, высвобождая углерод обратно в атмосферу.
Результаты исследования имеют большое значение для климатических программ, которые рассматривают почву как резервуар для поглощения углерода. Такие практики, как углеродное земледелие, основаны на идее, что определённые методы могут увеличить объём органики в земле. Однако авторы работы предостерегают, что оценивать потенциал почвы по накоплению углерода, опираясь только на содержание в ней катионов, некорректно. Важнейшую роль играют тип почвы, климат и активность микробов, которую эти методы напрямую не контролируют.
Тем не менее учёные считают, что укрепить способность таких почв накапливать углерод может биоуголь – он создаёт дополнительные поверхности для стабилизации органики. Они также рекомендуют при разработке агротехнологий учитывать тип почвы, сокращать использование минеральных удобрений, которые ведут к закислению, и вносить больше органических веществ. Основной вывод работы, профинансированной Shell, заключается в том, что одного лишь химического состава недостаточно для удержания углерода, и простая арифметика не выдерживает проверки в условиях реального агроландшафта.