Ролята на почвите в кръговрата на въглерода и влиянието им върху промените на климата

Петко Божков е главен асистент доктор в Геолого-географския факултет на СУ „Св. Климент Охридски“. През 2019 г. получава докторска степен по геоморфология и палеогеография в катедра „Климатология, Хидрология и Геоморфология“ на СУ. Бакалавърската му степен е по специалност география. От 2015 г. работи по различни проекти, свързани със скоростта на природни процеси като изветряне, срутища, ерозия и връзката им с климатичните условия във високопланинския пояс на България.

Освен източник на хранителни вещества и среда за развитие на растенията, почвите са едновременно уловител и източник на големи количества въглерод. Въглеродът се натрупва в почвите при разлагане и минерализация на растителните останки, като по този начин концентрацията му в атмосферата намалява. С деградацията на почвите се свързва и намаляването на съдържанието на органичен въглерод в почвата и освобождаването му обратно в атмосферата. Следователно опазването на почвите има важно значение за регулирането на въглеродните емисии и намаляването на ефектите от климатичните промени.

Почвата представлява органично-минерална смес, която притежава свойството плодородие. Именно то отличава почвите от всички останали неспоени материали и други природни тела. Като среда за развитие на растителността, почвите участват в глобалния кръговрат на веществата и по-специално в кръговрата на въглерода. Въглеродът се натрупва в почвите под две форми – като съставна част на сложни органични или като неорганични съединения. Основният източник на въглерод в почвата се явява растителността, която чрез процеса на фотосинтеза превръща въглеродния диоксид от атмосферата в органични съединения. Постепенно горската растителност натрупва въглерод в листната си маса. След опада и/или отмирането на растенията този въглерод попада в повърхностния хоризонт на почвата. При тревните растения цялата органична маса ежегодно отмира и се подлага на разлагане от микроорганизмите (фиг. 1). С течение на времето органичният материал се разлага и минерализира, като се превръщат в част от почвата. 

Какво количество въглерод се натрупва в почвите? 

Изчислено е, че почвите на страните от ЕС съдържат около 75 млрд. тона въглерод (EEA), докато по данни на Европейската агенция по околната среда (ЕАОС) емисиите на въглероден диоксид (CO₂) в ЕС през 2009 г. са около 3,96 млрд. тона, а през 2017 г. те намаляват до 3,67 млрд. тона (EEA Report No 16/2018; ЕЕА greenhouse gas – data viewer). Едновременно с това, в зависимост от вида на земеползването и земното покритие (обработваеми земи, пасища и естествени ливади, гори и трайни насаждения) в почвите на ЕС годишно се акумулират между 1 и 100 млн. тона въглерод (EEA). По данни на Kasischke и колектив (Kasischke et al, 1995), цитирани от Ръмпел (Rumpel, 2019) почвите в зоната на тайгата задържат между 30 и 40% от цялото количество въглерод на сушата. Следователно научните изследвания са категорични, че почвите представляват важен елемент в кръговрата на въглерода като задържат големи количества от този химичен елемент и  по този начин намаляват концентрацията на неговите съединения (и най-вече CO₂) в атмосферата.

Каква е връзката между количеството на въглерода в почвите и климатичните промени? 

Промените на климата се свързват с повишаване на температурите на въздуха на глобално и регионално ниво, което се отразява пряко върху режима на изпарение и предизвиква дефицит на почвената влага. По данни на ЕАОС е установено, че почвената влага в Средиземноморието е намаляла значително спрямо 50^те години на XX век (EEA Report No 1/2017). Тази тенденция се очаква да се запази и в бъдеще, тъй като средномесечните и средногодишните температури продължават да се повишават, а същевременно се наблюдават промени в режима на валежите.

Във връзка с това продължителните засушавания са предпоставка за развитие на процеси на опустиняване (дезертификация) и имат негативен ефект върху земеделието по-конкретно върху добивите от селскостопанските култури. Опустиняването се свързва с ускорено развитие на процеси на почвена ерозия, която отнася повърхностния почвен слой, в който концентрацията на въглерод е най-голяма. За това спомагат и интензивните валежи, които са зачестяващи явления в условията на климатични промени.

Промените на климата оказват съществено влияние в т.нар. зона на вечната замръзналост (пермафрост), обхващата северните региони на Европа, Азия и Северна Америка. В тези територии почвите са замръзнали през цялата година като сезонно се разтопява само повърхностният почвен слой. Повишаването на температурите в тези региони е предпоставка за топене на пермафроста и разграждане на органичните съединения. По този начин в атмосферата се отделят големи количества CO₂ и метан (CH₄). Следователно тези естествени емисии на парникови газове допринасят за ускоряването на темповете на глобалното затопляне. Поради актуалността и значимостта на този проблем за промените на климата, той ще бъде разгледан подробно в следваща статия.

Освен с топенето на пермафроста, климатичните промени се свързват и с повишаване на честотата на пожарите. Едно ново проучване, публикувано в списание Nature, доказва, че увеличаването на честотата на пожара може да трансформира почвите в зоната на тайгата от уловители в източници на въглерод (Walker et al, 2019). При пожар изгарят както горската растителност, също така и органичните съединения в повърхностния почвен слой. Почвите на тайгата акумулират въглерод, само ако в резултат на даден пожар изгаря по-малко количество органично вещество спрямо образуваното след предходния пожар количество (Rumpel, 2019). Когато честотата на пожарите се увеличава, почвите натрупват все по-малко количество въглерод. По този начин количеството на въглерод в почвите намалява, а същевременно концентрацията му в атмосферата се увеличава като това допринася за затоплянето ѝ.

Възстановяването на естествената растителност след опожаряването ѝ е бавен процес, през който почвената покривка в зоната на пожара е подложена на интензивна ерозия (фиг. 2). Като се има предвид, че младата растителност натрупва по-малко количество органичен материал в почвата, ефектът от пожарите често е дълготраен. В опожарените терени, лишени от горска растителност, се променят условията на овлажнение, изпарение и влагозадържане. Това води до трайна промяна в екологичните условия.

С какви мерки може да се запази съдържанието на органичен въглерод в почвата?

Деградацията на почвите се свързва и с намаляването на съдържанието на органичен въглерод в почвата и освобождаването му обратно в атмосферата. Затова опазването на почвите има важно значение за регулирането на въглеродните емисии и намаляването на ефектите от климатичните промени. В рамките на европейския изследователски проект CAPRESE са разработени различни методи за запазване и увеличаване на органичния въглерод в почвите. Като най-ефективна мярка за увеличаване на въглеродното съдържание в почвата се препоръчва превръщането на обработваемата земя в тревни площи. Запазването на торфищата в естественото им състояние и възстановяване на водния им режим също е ефективен начин за намаляване на въглеродните емисии (Leifeld et al., 2018). Запазването на горите и повторното залесяване на обезлесените терени също спомага за увеличаване на органичното вещество в почвата и задържането на въглерода. Тук могат да се изтъкнат редица добри практики от горското стопанство, свързани с устойчиво управлението на горите. 

В обобщение, опазването на почвите в съчетание с регулиране на земеползването има важно значение за регулирането на въглеродните емисии и намаляването на ефектите от климатичните промени.

В публикацията са използвани материали от:

1. EEA Report No 16/2018. Trends and Projections in Europe: 2018: Tracking progress towards Europe’s climate and energy targets
2. EEA Report No 1/2017. Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2016. An indicator-based report
3. EC, 2009. Review of existing information on the interrelations between soil and climate change. CLIMSOIL final report to the European Commission.
4. Leifeld, J., Menichetti, L., 2018. The underappreciated potential of peatlands in global climate change mitigation strategies. Nat Commun 9, 1071.
5. Rumpel, C., 2019. Soils linked to climate change – Nature 572, 442-443
6. Walker, X.J., Baltzer, J.L., Cumming, S.G. et al. 2019. Increasing wildfires threaten historic carbon sink of boreal forest soils –  Nature 572, 520–523.