Международный коллектив ученых при участии специалистов Красноярского научного центра СО РАН и Центрального сибирского ботанического сада СО РАН исследовал процессы стабилизации органического вещества в почвах вечной мерзлоты Сибири. Оказалось, что, в отличие от более южных широт, содержание доступного для микробной деградации органического субстрата (лигнина и нейтральных сахаров) в мерзлотных почвах не уменьшается с глубиной. Исследователи
прогнозируют, что в случае потепления и изменения режима влажности и аэрации почв, подстилаемых вечной мерзлотой, может запуститься цепочка реакций, которая приведет к активному поступлению углерода в атмосферу. Результаты работы опубликованы в журнале Soil Biology and Biochemistry.

Количество органического углерода, который хранят в себе почвы, фактически втрое превышает его запасы в атмосфере. Благодаря этому почвы играют важную роль в глобальном цикле углерода и выступают одним из регуляторов климата Земли. Уменьшение запасов почвенного органического вещества может привести к увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере и повлечет за собой климатические изменения. До недавнего времени, внимание научного сообщества было сосредоточено, в основном, на исследовании стабилизации органического вещества в почвах умеренных широт и тропиков. Однако в последнее десятилетие было доказано, что более тысячи миллиардов тонн углерода «законсервировано» в почвах и толще мерзлоты Арктики, что составляет около половины всех его суммарных запасов в почвах планеты.
Коллектив исследователей из шести стран Европы, при участии сибирских ученых, исследовал процессы формирования плохо разлагаемого органического вещества в тундрах Сибирской Арктики.

«Органическое вещество, захороненное в мерзлоте, надежно защищено от микробов холодом и высокой влажностью. Ученые предсказывали, что деградация вечной мерзлоты, вызванная изменением климата, может привести к разложению органики и, как следствие, увеличению выбросов в атмосферу парниковых газов. Но не зная состав и химические свойства «законсервированных» в почвах Арктики соединений, содержащих углерод, невозможно точно оценить их уязвимость к микроорганизмам», — рассказал об актуальности исследования профессор Георг Гуггенбергер, директор Института почвоведения Ганноверского университета, возглавляющий работы по мегагранту Правительства РФ в Институте леса им. В.Н. Сукачева КНЦ СО РАН (Красноярск).

Для того чтобы определить источники происхождения органического вещества и оценить степень его микробного разложения ученые использовали биомаркеры — продукты окисления лигнина и нейтральные сахара. Нейтральные сахара поступают в почву из растительных остатков или микробных выделений. Микробы могут их легко утилизировать. Лигнин имеет исключительно растительное происхождение и, в отличие от сахаров, устойчив к микробной атаке. Для его деградации необходим кислород и специализированные микроорганизмы. Выяснилось, что в отличие от умеренных и тропических широт, в глубине арктических почв мало микробных сахаров и много производных лигнина и растительных сахаров. Получается, что в почвах Арктики бактерии вновь используют продукты собственного метаболизма, не вовлекая в цикл переработки растительные остатки. Это происходит из-за специфических условий, неблагоприятных для одних групп микроорганизмов и, в то же время, способствующих развитию бактерий, перерабатывающих продукты жизнедеятельности друг друга. Во многом это связано с влажностью, отсутствием кислорода и пространственной разобщенностью микроорганизмов и необходимых для их развития веществ в почве, подстилаемой вечной мерзлотой. В итоге, мерзлота накапливает растительную органику. Что произойдет в случае таяния вечной мерзлоты? В почвы начнет поступать кислород и изменится их влажность. Возникнут благоприятные условия для деградации лигнина. Это, в свою очередь, обогатит почвы сахарами растительной природы — оптимальным субстратом для микробного разложения.

«Можно сказать, что в случае потепления и увеличения доступа кислорода в нижние горизонты мерзлотных почв, система переключится из одного режима функционирования в другой. От пассивного накопления органического углерода и преобладания внутренних микробных циклов — к традиционной цепочке последовательных микробных преобразований
органического вещества и интенсивного выделения углекислоты в атмосферу», — пояснила один из участников исследования, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева Красноярского научного центра СО РАН Ольга Шибистова.