Десятилетнее исследование показало, что повышение концентрации CO₂ в атмосфере и потепление совместно снижают доступность фосфора в системах севооборота рис-зерновые культуры, что потенциально угрожает будущей продовольственной безопасности. Исследование, проведенное учеными из Института почвоведения Китайской академии наук, показывает, что потепление играет доминирующую роль в перераспределении фосфора в менее доступные почвенные запасы. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Понимание того, как ключевые питательные вещества реагируют на совокупное воздействие повышения концентрации CO₂ в атмосфере и глобального потепления, имеет жизненно важное значение для поддержания производства продуктов питания в условиях ускоряющегося изменения климата. В отличие от азота, фосфор не может быть помещен из атмосферы. Его доступность определяется ограниченными запасами фосфатных пород и в значительной степени зависит от взаимодействия почвенных минералов, а также от микробной активности.
На затопленных рисовых полях, которые обеспечивают пропитанием более половины населения мира, резкие колебания окислительно-восстановительного потенциала, вызванные орошением и осушением, еще больше осложняют круговорот фосфора.
Чтобы оценить, как эти одновременно действующие климатические факторы влияют на динамику фосфора, исследователи под руководством доцентов Ван Ю, Чжан Цзябао и Чжу Чуньву провели десятилетний эксперимент по обогащению воздуха CO₂ в свободном пространстве (поле) в сочетании с естественным потеплением (+2 °C) в типичной системе севооборота рис-зерновые культуры, в которой рис и пшеница выращиваются последовательно в течение одного года.
Результаты их исследований показывают, что повышенная концентрация CO₂ и потепление синергетически снижали доступность фосфора в почве, при этом потепление играло доминирующую роль. Длительное воздействие постепенно перенаправляло фосфор из доступных для растений запасов в более стабилизированные органо-минеральные комплексы и микробную биомассу.
Интегрируя данные о фракциях фосфора в почве, железо-органических ассоциациях, характеристиках микроорганизмов и данных о поглощении фосфора культурами, исследователи выявили вызванный изменением климата сдвиг в сторону замкнутого круговорота фосфора в рисовых почвах.
Эти результаты вызывают опасения по поводу компенсации дисбаланса исключительно за счет увеличения использования удобрений, особенно на выветренных почвах с сильной фиксацией фосфора, где дополнительные внесения могут быть неэффективными или создавать экологические риски.
Новые результаты основываются на более ранней работе команды, опубликованной в журнале Nature Geoscience, которая показала, что повышенная концентрация CO₂ сама по себе снижает доступность фосфора в почве.
Добавление полевого потепления представляло собой технические сложности. Например, поддержание работы инфракрасных обогревателей во время тайфунов и муссонов требовало постоянного ремонта и перекалибровки. Тем не менее, это было необходимо для реалистичного моделирования будущих климатических условий.
В целом, результаты подчеркивают важность стратегий управления фосфором, устойчивых к изменению климата, и указывают на растущую уязвимость рисоводческих продовольственных систем, особенно в регионах с низкой адаптационной способностью. Авторы рекомендуют сочетать точное внесение удобрений с почвенными добавками, которые регулируют взаимодействие железа и фосфора, для поддержания продуктивности в условиях будущего изменения климата.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Чжан Наньнань.
На фото вы видите обогащение воздуха CO₂ в естественных условиях. Фото: команда Чжу Чуньву.
