Ученые из факультета почвоведения МГУ и Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ подготовили обзор, посвященный достижениям последних десяти лет в отражении роли микроорганизмов в стабилизации органического вещества почв в моделях динамики органического вещества. В обзоре рассмотрены концепции насыщения почв органическим углеродом и температурного контроля, а также подняты проблемы представления динамики органического вещества почв в глобальных климатических моделях.
Результаты исследования опубликованы Исследования публиковались в журнале «Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение» в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».
Почвы — крупнейший наземный резервуар органического углерода. Запасы его в верхнем метровом слое составляют в среднем 1700 Гт, превышая суммарные запасы в растительном покрове и атмосфере. Изменение запасов углерода в почвах существенно влияет на содержание СО2 в атмосфере. Для выбора эффективных методов управления почвенным веществом с целью минимизации последствий изменения климата и повышения плодородия необходимы прогнозы реакции почв на будущие изменения климата и землепользования. Получение обоснованных прогнозов требует глубокого понимания сложной многокомпонентной системы органического вещества почв. Одним из наиболее эффективных методов прогнозирования является математическое моделирование. Неопределенность прогнозов зависит от уровня развития теории, моделей динамики органического вещества почв и их экспериментального обеспечения. Обзор характеризует современный уровень развития моделей, нерешенные проблемы и перспективные направления.
По сей день существует приблизительно 250 моделей биогеохимического цикла углерода. Их характеристики во многом зависят от пространственно-временных масштабов описываемых процессов. Больше всего моделей посвящено динамике органического вещества почв, где оно представлено конечным числом запасов, выбранных с учётом скоростей оборота.
Структура моделей представляет собой цепочку звеньев, каждая из которых — это пул с возрастающим временем оборота. Для описания потоков углерода в системе используется кинетика первого порядка, предполагающая, что их скорости пропорциональны запасам органического вещества в выбранных пулах с учётом влияния внешних факторов (температура, влажность, текстура почвы и др.).
Традиционные модели просты математически и активно применяются для решения широкого круга экологических задач. Однако они не могут описать динамику органического вещества почв за пределами линейных эффектов и не подходят для быстро меняющихся условий среды.
Последние достижения в химии, физике и микробиологии почвы, обусловленные развитием экспериментальных методов, существенно расширили понимание механизмов, определяющих устойчивость органического вещества почв. Биогеохимические процессы, формирующие образование и устойчивость органического вещества почвы, играют ключевую роль в системе «климат-углерод». Современные концепции нашли отражение в моделях нового поколения. В них явно представлены взаимодействия субстрата с микроорганизмами, а пулы выделены в соответствии с механизмами стабилизации органического вещества. Модели нового поколения характеризуются высоким структурным разнообразием по сравнению с традиционными, так как они отражают различные наборы предположений, связанных с микробным контролем разложения и механизмами стабилизации органического вещества в почве.
«Сравнение традиционных моделей с новыми показало, что использование новых моделей не сократило, а расширило разброс прогнозов из-за их высокой структурной вариативности. Расширение разброса не является ухудшением прогнозов, а позволяет получить более точную оценку их неопределенности. Для уменьшения неопределенности прогнозов важны исследования, направленные на улучшение понимания динамики органического вещества почв путем синтеза результатов развития экспериментов, теории и моделей. В этой ситуации очень эффективным инструментом может быть суперкомпьютерный моделирования природно-климатических процессов научно-исследовательского вычислительного центра МГУ под руководством заместителя директора НИВЦ МГУ. Виктора Степаненко Программа для создания моделей круговорота углерода в почве и растениях, которая позволяет применять и оценивать действующие и будущие модели. — прокомментировала профессор кафедры общего почвоведения факультета почвоведения МГУ. Ирина Рыжова.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com