Повышенный CO2 в воздухе — это двойственный меч: он ускоряет потепление, но и подкармливает растения, помогая им расти быстрее и впитывать лишний газ.
Однако этот бонус работает только при достатке азота, которого в реальности меньше, чем думали ученые, — свежие данные меняют прогнозы для лесов и полей. Без корректировки моделей климат может оказаться еще суровее, чем ожидалось.
CO2 как удобрение: почему азот решает все
Растения — наши союзники в борьбе с климатом: они поглощают до 30% антропогенного CO2, замедляя парниковый эффект. Эффект удобрения CO2, открытый в 1980-х, показывает, что при 550 ppm (против нынешних 420) урожайность может вырасти на 20-40% в контролируемых экспериментах, как в FACE-проектах в США. Но это иллюзия без азота: без него листья желтеют, рост тормозится, и поглощение газа падает.
Предыдущее исследование лета 2023-го, с участием Колумбийского университета, переоценило фиксацию азота — процесс, где бактерии превращают N2 в удобоваримую форму. Реальные цифры на 50% ниже: в лесах Амазонии или степях США азот ограничивает рост, делая CO2-эффект слабее. Это значит, что модели, как CMIP6 от IPCC, завышают "зеленый" буфер на 11%, рискуя недооценить потепление к 2100-му.
Пересмотр моделей: от фиксации к прогнозам
Новое исследование фокусируется на климатических рисках: меньшая фиксация азота коррелирует с замедленным ростом растений в моделях Земли. Организации вроде IPCC опираются на них для сценариев — от RCP2.6 (стабилизация) до SSP5-8.5 (хаос). Если модели переоценивают азот, то и поглощение CO2, что усиливает последствия: засухи в Африке или пожары в Австралии станут чаще, как в 2019-2020-м, когда потеряно 18% биомассы.
Фиксация происходит в симбиозе: ризобии в корнях бобовых или цианобактерии в почве превращают 90% азота. Но в изменяющемся климате почвы истощаются — эрозия и кислотность снижают бактерии на 20%, по данным FAO. Авторы предлагают калибровку моделей по реальным данным из FLUXNET, чтобы точнее прогнозировать углеродный цикл.
Роль азота в экосистемах: от лесов к фермам
Азот — лимитирующий фактор: 70% суши зависит от него, по данным Nature. В сельхозземлях фиксация искусственная — удобрения дают 50% урожая, но вызывают эвтрофикацию водоемов, как в Мексиканском заливе. В естественных системах, как тайга, бактерии фиксируют 10-20 кг/га в год, но потепление на 2°C снижает это на 15%, усиливая голод растений.
Сравните тропики и тундру: в Амазонии фиксация высока (до 50 кг/га), но дефицит из-за вырубки; в арктике — низкая, и та растет с таянием мерзлоты, высвобождая метан. Последствия: если модели завышают рост, то и углеродный sink — леса поглотят меньше CO2, ускоряя потепление на 0,1-0,2°C к 2050-му.
Авторы, включая Сиана Ку-Гисбрехта из Университета Саймона Фрейзера и Бентона Тейлора из Гарварда, подчеркивают: калибровка спасет прогнозы, помогая фермерам с точным земледелием, как в проектах NASA с сенсорами.
Сравнение моделей с реальными данными фиксации азота
Стандартные модели вроде CESM2 завышают фиксацию на 50% для естественных почв, опираясь на старые оценки 1970-х. Реальные измерения из глобальной сети — как в проекте GANE — показывают 5-10 кг/га в лесах, против 15 кг в моделях. Это искажает CO2-эффект: модели предсказывают +25% роста биомассы к 2100-му, реальность — +14%.
В сельхозе разрыв меньше: удобрения компенсируют, но для диких экосистем, как саванны, ошибка критична — засухи усилятся, как в 2022-м в Европе. Корректировка, как предлагают авторы, сократит погрешность на 11%, улучшив сценарии IPCC для миграций и урожаев.
Плюсы и минусы эффекта удобрения CO2
Эффект CO2 — палка о двух концах: он буферизирует климат, но зависит от азота, делая прогнозы хрупкими. С одной стороны, рост растений смягчает потепление на 10-20%. С другой — дефицит азота усиливает уязвимости экосистем.
Вот баланс, чтобы понять влияние на климат и сельское хозяйство.
Плюсы проявляются в потенциале:
- Увеличение биомассы: в умеренном климате +15% поглощения CO2, как в европейских лесах.
- Урожайность: для C3-растений (пшеница) +20% без азота, но с ним — до 40%.
- Смягчение: глобально -0,5 GtC/год, по данным Global Carbon Project.
Минусы бьют по реальности:
- Лимит азота: без фиксации рост падает на 30%, усиливая голод в тропиках.
- Качество: больше листьев, меньше питательных веществ — "скрытый голод" в рисе.
- Долгосрочность: потепление снижает фиксацию на 10-15%, по моделям.