Углекислый газ из почв арктических городов ускорит потепление климата

Ученые выяснили, что арктические почвы в условиях городской среды выделяют до 30% больше углекислого газа, чем в естественных условиях. Эти различия авторы связали с несколькими причинами: повышенной температурой в городах, использованием торфа в качестве субстрата для создания зеленых насаждений и особенностями ухода за ними. Таким образом, указанные факторы могут вносить значительный вклад в потепление климата и могут привести к ускорению таяния многолетней мерзлоты в северных регионах России. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Eurasian Soil Science.

Арктические почвы занимают около 15% площади всей планеты и содержат, по разным оценкам, от 30% до 50% всех запасов почвенного углерода. Этот химический элемент здесь находится в «связанном» виде, то есть в составе органических соединений, но в ходе химических реакций он может попадать в атмосферу в форме углекислого газа. Исследования показывают, что из-за потепления климата и активной деятельности человека (работы промышленных предприятий, сгорания автомобильного топлива и других подобных факторов) углекислый газ из почв выделяется интенсивнее. Он попадает в атмосферу и еще больше ускоряет рост температуры у поверхности Земли. Поэтому ученые стремятся понять, насколько сильно городская среда влияет на выделение углекислого газа почвами в арктических регионах.

Ученые из Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы (Москва) с коллегами сравнили почвы Мурманска — самого крупного областного центра в мире, расположенного за Полярным кругом, с населением более 267 тысяч человек, Апатитов — небольшого города с населением в пять раз меньше, и природных территорий.

Исследования проводили с мая по октябрь в течение двух лет. Авторы дважды в месяц измеряли почвенное дыхание с помощью газового анализатора в 10 точках на территории жилых зон Мурманска (в Октябрьском административном округе) и Апатитов (в районе Академгородка), а также природных участков за пределами городов и один раз в год отбирали почвенные образцы. Ученые описали растительность на каждой исследованной территории, определили тип почвы, ее температуру, влажность, кислотность, а также содержание в образцах углерода и азота. Соотношение этих элементов указывает на то, насколько быстро органическое вещество разлагается в почве.

Анализ показал, что почвы Апатитов выделяли на 30% больше углекислого газа, чем природные территории, тогда как в Мурманске такого превышения не наблюдалось из-за того, что даже фоновые (природные) образцы здесь выделяли значительные количества этого парникового газа. При этом в городских почвах содержание углерода было в 2–3 раза меньше, чем в естественных, из-за чего соотношение количества углерода к азоту в них снизилось. Это может служить признаком того, что разложение органических соединений происходит очень быстро и способствует более интенсивному образованию углекислого газа. Кроме того, температура почв в обоих городах оказалась в среднем на 3°С выше, чем за их пределами.

Авторы также определили, что в городах наиболее интенсивное выделение углекислого газа происходит из почвы под кустарниками и деревьями, тогда как на газонах выбросы парникового газа были на 5–15% ниже. Вероятнее всего, это связано с большим количеством листового опада под деревьями и кустарниками, а также с добавлением торфа, что в сочетании с повышенной температурой в городах создает благоприятные условия для развития почвенных микроорганизмов, вносящих существенный вклад в выброс углекислого газа в процессе жизнедеятельности.

Статистически обработав полученные результаты, исследователи пришли к выводу, что на интенсивность выделения углекислого газа арктическими почвами влияет температура, тип растительного покрова и стратегии ухода за городскими зелеными зонами.

«Наши наблюдения можно считать аргументом в пользу более естественного подхода к уходу за городскими зелеными территориями. Использование торфа в качестве субстрата для создания зеленых насаждений совместно с более высокой температурой в городах усиливает выбросы углекислого газа в атмосферу и тем самым негативно сказывается на экологической устойчивости городских экосистем в Арктическом регионе. В дальнейшем мы планируем исследовать почвы других городов российского Севера, чтобы оценить, насколько применимы к ним сделанные нами выводы», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Корнейкова, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории «Смарт-технологии устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений» РУДН.

В исследовании также принимали участие сотрудники Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН (Апатиты), Полярно-альпийского ботанического сада-института Кольского научного центра РАН (Апатиты), Лаборатории природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики Кольского научного центра РАН (Апатиты), Института географии РАН (Москва) и Университета Вагенингена (Нидерланды).