Версия для печати

Дыхание почвенных микробов способствует потеплению городского климата

Российские ученые исследовали запасы углерода и количество углекислого газа, выделяемого микроорганизмами, в почвах Москвы. Оказалось, что в центральных районах города микробы наиболее активно разлагают органическое вещество, тем самым вызывая стремительную деградацию верхних слоев городских почв.Кроме того,в процессе жизнедеятельности они образуют больше углекислого газа, чем на окраинах, что способствует выделениюв атмосферу парниковых газов и, как следствие, — потеплению. Результаты исследования опубликованы в журнале ScienceofTheTotalEnvironment. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Развитие городов приводит к значительным изменениям окружающей среды — растительности, почв и климата. Так, например, во многих мегаполисах наблюдаетсяповышение температуры воздуха и почвыв центральных и густонаселенных районах по сравнению с пригородами. Это явление ученые называют городским островом тепла, а возникает оно из-за высокой степени «запечатанности» почвы: асфальтовое покрытие препятствует испарению воды и охлаждению поверхности. Кроме того, свой вклад вносит работа городских отопительных систем.

Исследовательская группа из Российского университета дружбы народов, Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Института физики атмосферы имениА.М. Обухова РАН иГидрометцентра России (Москва) изучила влияние городского острова тепла на микробное дыхание в почвах из разных районов Москвы. Этот город был выбран для проведения исследования, так как он представляет собой крупнейший мегаполис России, и в нем можно наиболее четко проследить влияние человеческой деятельности на природу.

Основная особенность нашей столицы состоит в том, что она включает две сильно различающиеся по экологическим условиям и плотности населения части — город в границах до 2012 года и расположенную на юге территорию Новой Москвы, которая делится на Новомосковский и Троицкий административные округа. «Старая Москва» плотно застроена, что приводит к ярко выраженному эффекту городского теплового острова: среднегодовая температура в центре на 2°C превышает таковую на окраинах, а максимальная разница в теплое время года достигает 10°C. В Новой Москве подобное явлениепрактически не наблюдается, и температуры близки к естественным (среднегодовое значение около 5,8°C). Кроме того, центральные районы сильно отличаются по составу почв от пригородов и окраин города. При посадке деревьев в центре Москвы обычно используют почвогрунты, содержащие торф, компост, органические отходы. Такие почвы содержат много органических соединений, которые довольно быстро разлагаются микроорганизмами, — примерно за несколько лет, — тогда как в парках и зеленых зонах природного типа на окраинах города остаются естественные дерново-подзолистые почвы, на разложение которых нужно около 20-50 лет.

Ученые собрали и проанализировали 140 проб почв из разных районов Москвы, обращая внимание на размер почвенных частиц, температуру, цвет, плотность. Кроме того, они оценили запасы углерода в образцах, а также объем выделяемого почвенными микроорганизмами углекислого газа — так называемое микробное дыхание. Оказалось, что наиболее интенсивномикробы дышатв центральных районах города. Это связано с тем, что именно здесь совмещаются, с одной стороны,повышенная температура (городской тепловой остров), с другой —почвогрунты на основе торфа, которые содержат наибольшее количество углерода. Сочетание более высокой температуры и доступной органики приводит к тому, что микроорганизмы очень активно используют углерод, тем самым вызывая быструю деградацию верхних горизонтов почвы. Другое следствие этого—увеличенное выделениеуглекислого газа в атмосферу, которое способствует парниковому эффекту и еще больше повышает температуру в городе.

«В природных условиях на естественных почвах активное микробное дыхание не вызывает никаких опасений, в центральных районах мегаполиса оно приводит к быстрому истощению городских земель и необходимости заменять их каждые два-три года. Для решения проблемы следует отказаться от смесей на основе торфа, а использовать, например, потенциал естественных дерново-подзолистых почв, характерных для средней полосы России. Также нужно контролировать состав почвогрунтов и уменьшать в них долю торфа»,—рассказывает руководитель гранта РНФ Вячеслав Васенев, кандидат биологических наук, доцент департамента ландшафтного проектирования и устойчивых экосистем РУДН.

Рисунок 1. Места сбора проб почв на территории г. Москвы. Источник: Vasenev V. et al. / Science of The Total Environment, 2021.

Рисунок 2. Сбор образцов почвы на территории Москвы. Источник: Вячеслав Васенев.

Рисунок 3. Микробное дыхание (выделение углекислого газа в атмосферу), обусловленное городским тепловым островом в июне (слева) и сентябре (справа). Источник: Vasenev V. et al. / Science of The Total Environment, 2021.

Рисунок 4. Время полуразложения почв (T0.5) на территории Москвы. Источник: Vasenev V. et al. / Science of The Total Environment, 2021.