Złożone skutki zmian klimatu. Temperatura wpływa na tempo rozkładu liści

Rosnące temperatury wpływają na naturę na tysiące sposobów. Niektóre z tych zmian są proste i intuicyjne. Poziomy mórz rosną, bo topnieje lód. Zwierzęta przemieszczają się, bo poszukują miejsc, gdzie wciąż panują preferowane przez nie warunki. Wiele wywoływanych zmianami klimatycznymi procesów jest jednak o wiele bardziej złożonych, bo globalne ocieplenie wywołuje skomplikowane reakcje łańcuchowe, wpływające na naturalne procesy.

Jednym z takich procesów, którego związki z globalnym ociepleniem nie były jeszcze dokładnie zbadane, jest rozkład ściółki roślinnej. Martwe rośliny czy liście są rozkładane przez zwierzęta, grzyby i drobnoustroje, co pozwala kolejnemu pokoleniu drzew, traw czy krzewów ponownie wykorzystać zawarte w nich substancje odżywcze.

Szybkość tego procesu jest ważna dla określenia zdolności ekosystemów do zatrzymywania przechwytywanego z atmosfery węgla, co bezpośrednio wpływa na to, jak wiele gazów cieplarnianych pozostaje w atmosferze. 

Wiadomo, że na szybkość rozkładu wpływa skład samego zbiorowiska roślinnego - to, jakie gatunki występują na danym obszarze i jak licznie -  ponieważ różne rodzaje roślin zawierają różne rodzaje składników odżywczych. Składniki te uwalniane są ponownie do ekosystemu, gdy gałązki, łodygi czy liście butwieją i są pochłaniane przez mikroorganizmy.

Drobnoustroje mają kluczowe znaczenie dla tempa zachodzenia tego procesu. Różne gatunki bakterii i grzybów. Tymczasem ocieplenie temperatur może mieć wpływ zarówno na zbiorowiska roślinne, jak i mikrobiologiczne.

W nowym badaniu prowadzonym przez ekologów z Holden Arboretum, Emmę Dawson-Glass i Katie Stuble, badacze odkryli, w jaki sposób drobnoustroje, rośliny i wyższe temperatury oddziałują na siebie nawzajem, zmieniając tempo rozkładu w naturalnym ekosystemie.

"Nasze badanie jest ekscytujące, ponieważ naukowcy nie zbadali szczegółowo, w jaki sposób zmiany w zbiorowiskach roślin i organizmów rozkładających będą oddziaływać na siebie w wyniku ocieplenia klimatu" mówi Emma Dawson-Glass. "Badanie wpływu ocieplenia na rozkład może pomóc nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób zmiana klimatu zmienia funkcje naszego środowiska. Poprawiając naszą wiedzę na temat zmian spowodowanych ociepleniem klimatu, możemy również pomóc w lepszym planowaniu strategii interwencji klimatycznych".

Wzrost temperatur wydaje się oddziaływać na procesy rozkładu na dwa przeciwne sposoby. Badacze oparli się na wcześniejszych eksperymentach, w ramach których naukowcy sztucznie podgrzewali fragmenty prerii za pomocą podziemnych grzałek i analizowali zachodzące w nich zmiany. Eksperymenty te wykazały, że rosnące temperatury wpływają na społeczności mikroorganizmów na sposoby, które przyspieszają procesy rozkładu. Ale środowisko roślinne na podgrzanych działkach zmieniało się w sposób, który rozkład spowalniał. W nowym badaniu eksperci starali się ustalić, jak te dwa przeciwstawne procesy nakładają się na siebie i jaki jest łączny skutek ocieplania gleby.

Zespół przeprowadził więc serię eksperymentów laboratoryjnych aby sprawdzić, co dzieje się z prędkością rozkładu materii organicznej, gdy jednocześnie bierzemy pod uwagę zmiany w środowisku i zachowaniu roślin, drobnoustrojów, oraz rosnącą temperaturę.

Badacze odkryli, że drobnoustroje w glebie i rośliny wpływają na siebie nawzajem na złożone i ważne sposoby. Zgodnie z przewidywaniami, tempo rozkładu spadało, gdy w danym miejscu znalazło się więcej trawy indyjskiej (Sorghastrum nutans), która znana jest z tego, że wolniej podlega naturalnym procesom gnilnym. Działo się tak jednak tylko wtedy, gdy mikroorganizmy nie były poddawane procesom ocieplenia. Wyższa temperatura sprawiła, że glebowe bakterie i grzyby pracowały szybciej, całkowicie równoważąc spowalniające efekty wywołane obecnością trawy. Sugeruje to, że społeczność drobnoustrojów zmieniła się pod wpływem ocieplenia w taki sposób, że jest w stanie lepiej radzić sobie z większą ilością trudno rozkładalnych szczątków.

Może to oznaczać, że procesy ocieplenia będą zmieniać sposoby funkcjonowania środowiska na sposoby, które złagodzą zmiany następujące wskutek globalnego ocieplenia.

"Skutki globalnego ocieplenia są wszechobecne, ale niezwykle zróżnicowane"  mówi Katie Stuble, naukowiec z Holden Forests & Gardens. "Na reakcję jednego elementu środowiska na ocieplenie prawie na pewno wpływają jednoczesne zmiany innych elementów. Czasami te zakłócające zmiany mogą zaostrzyć skutki ocieplenia, ale mogą również je złagodzić".

Zrozumienie zawiłych sposobów, w jakie ocieplenie będzie modyfikować różne aspekty środowiska, ale także tego, w jaki sposób te zmiany będą na siebie oddziaływać, będzie kluczowym krokiem w zrozumieniu, w jaki sposób zmiany klimatyczne zmieniają świat obecnie, a także jak będą to robić w przyszłości, dodaje badaczka.

Procesy rozkładu martwej materii organicznej pozwalają uwolnić składniki odżywcze i atomy węgla wykorzystywane następnie przez rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy. Rozkład przekształca martwą materię w związki organiczne, nieorganiczne i CO2. Proces obejmuje wiele nakładających się na siebie zjawisk fizycznych i chemicznych, wykorzystywanych przez szeroką gamę organizmów glebowych.

Efektywność procesu rozkładu ogranicza ilość węgla, która może być magazynowana w danym ekosystemie, bo określa to, ile materiałów budulcowych dostępnych jest do wykorzystania dla roślin. Zwiększenie szybkości rozkładu ma wpływ na stężenie CO2 w atmosferze, bo z jednej strony uwalnia do niej dwutlenek węgla wytworzony w trakcie przetwarzania martwej materii, ale z drugiej dostarcza substancji odżywczych roślinom, które podczas wzrostu wychwytują gazy cieplarniane z atmosfery.