В аридных областях суши углерод в пленках на поверхности почвенных минералов уязвим к потеплению в той же степени, что и углерод почвенного органического вещества: с ростом температуры на градус его содержание в почве падает в среднем на 3,2 процента. Это говорит о том, что распространенная гипотеза о защите углерода от изменения климата благодаря его химической связи с минеральными частицами может оказаться ошибочной. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change.
Углерод в почве присутствует не только в составе органического вещества (то есть гумуса и различных органических кислот), но и — в большем количестве — в форме, связанной с минералами. Как правило, это тонкие органические пленки, прочно сорбированные на их поверхности. Такой углерод считается менее уязвимым к эрозии, истощению и окислению на фоне изменения климата, потому что его связь с почвой более прочная, чем у почвенного органического вещества, особенно чем у его растворимых форм.
Ученые под руководством Паломы Диаз-Мартинез (Paloma Díaz-Martínez) из Института сельскохозяйственных наук Высшего совета по научным исследованиям Испании оценили устойчивость связанного с почвенными минералами органического вещества в засушливых зонах на всех континентах, кроме Антарктиды. Для этого они отобрали образцы верхнего (глубиной до 7,5 сантиметров) слоя почв на 326 участках на открытой местности и под многолетними растительными сообществами в 25 странах мира. Данные о температурах и осадках были взяты из базы WorldClim 2.0.
Медианное содержание связанного с минералами углерода в почвах засушливых областей составило 5,2 грамма на килограмм, что соответствовало 66 процентам валового почвенного углерода. При этом гипотеза о том, что ассоциированный с поверхностью минералов углерод более устойчив к потеплению климата, не подтвердилась. Содержание как почвенного органического вещества, так и связанного с минералами углерода отрицательно коррелировало с ростом температуры: с каждым градусом Цельсия их становилось меньше в среднем на 3,2 процента. Каждые дополнительные 100 миллиметров осадков, выпавших в течение года, напротив, увеличивали их количество на 6,6 процента.
К уменьшению содержания углерода в обеих формах приводило также снижение рН, а предикторами его устойчивости авторы назвали обменный кальций, доступные азот и фосфор, микробную биомассу, глину, ил и некристаллические формы железа и алюминия. Ученые отметили, что изменение климата и аридизация почв в результате неустойчивого землепользования приводят к существенным потерям почвенного углерода, и его связи с минералами для защиты запасов органического вещества может оказаться недостаточно.
Углерод в любых формах и при любом климате более уязвим к эрозии, если почва находится на склоне. Недавно ученые смогли оценить потери почвенного углерода по кривизне холмов: благодаря созданному им методу теперь для этого достаточно провести топографическую съемку местности.