مع ارتفاع درجة حرارة التربة في مناطق خطوط العرض العليا، تغير الميكروبات الموجودة في التربة كيفية تعاملها مع العناصر الغذائية مثل النيتروجين. في العادة، تعمل هذه الميكروبات على إعادة تدوير النيتروجين، حيث تسحبه من التربة وتحوله إلى أشكال غير عضوية – مثل الأمونيوم والنترات – يمكن للنباتات امتصاصها. لكن دراسة جديدة نشرت في بيولوجيا التغيير العالمي ويشير إلى أنه مع ارتفاع درجات الحرارة، تغير الميكروبات استراتيجيتها. إنهم يأخذون المزيد من النيتروجين لأنفسهم مع تقليل الكمية التي يطلقونها مرة أخرى في البيئة. يغير هذا التغيير تدفق النيتروجين عبر النظام البيئي، مما قد يؤدي إلى إبطاء نمو النباتات والتأثير على معدل ارتفاع درجة حرارة كوكبنا.

تأتي هذه النتائج من تجارب أجريت في الأراضي العشبية شبه القطبية بالقرب من هفيراجيري في أيسلندا. وفي عام 2008، غيرت الزلازل مسار المياه الجوفية في منطقة كانت دافئة بسبب تدرجات الطاقة الحرارية الأرضية، مما أدى إلى خلق بقع من التربة ترتفع حرارتها بين 0.5 درجة مئوية و40 درجة مئوية فوق درجات الحرارة العادية. وقد حول هذا الحدث المنطقة إلى مختبر طبيعي حيث يمكن للباحثين دراسة كيفية استجابة النظم البيئية لظاهرة الاحتباس الحراري على المدى الطويل في ظل الظروف الطبيعية.

أبحاث سابقة في هذا الموقع، أظهرنا بالفعل أنه في حالة ارتفاع درجة حرارة التربة، تصبح الميكروبات نشطة للغاية بينما تكون النباتات في حالة سبات. ونتيجة لذلك، فقدت المركبات المحتوية على النيتروجين التي أطلقتها الميكروبات في التربة، إما عن طريق الترشيح إلى التربة. المياه الجوفية أو عن طريق الهروب إلى الغلاف الجوي كالقوي غازات الدفيئة أكسيد النيتروز.

في هذا العمل، أضاف العلماء النيتروجين-15 إلى التربة، ويمكنهم تتبعه لتحديد مقدار ما استهلكته النباتات وماذا فعلت به. ووجد الباحثون أنه بعد فقدان المغذيات الأولي، أصبحت الميكروبات أكثر تحفظًا في تعاملها مع النيتروجين، وإعادة تدوير النيتروجين داخليًا بدلاً من امتصاص المزيد من الأرض. وفي الوقت نفسه، توقفت الميكروبات عن إطلاق الأمونيوم، وهو منتج ثانوي غني بالنيتروجين لعملية التمثيل الغذائي الطبيعي الذي يمكن استخدامه بواسطة النباتات – وهو المعادل الميكروبي للبول، كما قال المؤلف المشارك في الدراسة. سارة مارانيون خيمينيز، عالم التربة في مركز البحوث البيئية وتطبيقات الغابات في إسبانيا.

هذا التغيير في دورة النيتروجين له عواقب مهمة على النظام البيئي بأكمله. فمن ناحية، له تأثير إيجابي لأنه يمنع المزيد من فقدان النيتروجين.

وقال “تظهر الدراسة أن النيتروجين لا يتم إطلاقه على شكل نيتروجين غير عضوي، ولكن يبدو أنه يذهب مباشرة في حلقة عضوية”. بواسطة سارة هول، عالم الأحياء الدقيقة في التربة في الجامعة السويدية للعلوم الزراعية في أوبسالا والذي لم يشارك في الدراسة. “يمكنك القول إنه جانب إيجابي، وبالتالي فإنه أكثر فائدة للنظام البيئي إذا تم الاحتفاظ بهذا النيتروجين نوعًا ما.”

ومن ناحية أخرى، فإن سلوك اكتناز المغذيات لدى الميكروبات قد يقلل من توفر النيتروجين للنباتات. وقال مارانيون خيمينيز: “هناك تفاعل دقيق بين النباتات التي تأخذ النيتروجين، وتقوم بعملية التمثيل الضوئي، وتضع الكربون في التربة كمواد عضوية، والكائنات الحية الدقيقة التي تأخذ هذه المادة العضوية، وتعيد تدويرها، وتطلق النيتروجين في أشكال يمكن للنباتات استخدامها”. “إذا بدأت الكائنات الحية الدقيقة في شل حركة النيتروجين، فقد يؤدي ذلك إلى المنافسة بين الميكروبات والنباتات.”

ويعمل الفريق الآن على دراسة لتحديد ما يحدث بالضبط للتربة في المرحلة المبكرة جدًا من ارتفاع درجة الحرارة، قبل فقدان العناصر الغذائية. “وبهذه الطريقة نأمل في استعادة الفصول الأولى، لنرى ما فقدناه”.

ولتحقيق هذه الغاية، قاموا بزراعة أجزاء من التربة الطبيعية في مناطق ساخنة لدراسة العملية بالتفصيل منذ البداية. وقال مارانيون خيمينيز: “أظهرت التربة المعرضة لزيادات في درجة حرارة التربة نفس فقدان المغذيات بعد 5 سنوات (كما هو الحال) بعد 10 سنوات”، مما يشير إلى أن معظم فقدان المغذيات يحدث في وقت مبكر.

النماذج المناخية ربما يقلل من تقدير مدى مساهمة فقدان النيتروجين والكربون من التربة الباردة في ذلك الاحتباس الحراريقال الباحثون. يمكن أن تمثل الاضطرابات في دورة المغذيات عند خطوط العرض هذه مصدرًا تم التغاضي عنه سابقًا لانبعاثات غازات الدفيئة.

تخزن تربة القطب الشمالي كميات هائلة من الكربون، تراكمت على مدى آلاف السنين من المواد النباتية التي لا تستطيع الميكروبات تحليلها بالكامل. تتراكم هذه المادة العضوية المتحللة جزئيًا لتشكل أحد أكبر خزانات الكربون على وجه الأرض. مع ارتفاع درجات الحرارة، يتوقع العلماء أن تصبح الميكروبات أكثر نشاطًا، مما يؤدي إلى تسريع عملية التحلل وإطلاق الكثير من هذا الكربون المخزن في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون.

وكان الباحثون يأملون أن تسمح درجات الحرارة الأكثر دفئا للنباتات بالنمو بقوة أكبر، وامتصاص بعض الكربون الزائد الذي تطلقه تربة القطب الشمالي.

النتائج الجديدة تشكك في هذه الفكرة. وأوضح مارانيون خيمينيز: “إنها سلسلة من ردود الفعل”. “مع فقدان الكتلة الحيوية من الكتلة الميكروبية، فهذا يعني أن هناك سعة تخزين أقل للكربون والنيتروجين في التربة، مما يؤدي إلى تربة أكثر فقراً حيث لا يمكن للنباتات أن تنمو بشكل جيد، ولا تستطيع النباتات تعويض الانبعاثات عن طريق امتصاص المزيد من الكربون.”

ومع ذلك، فإن دراسة هذه التربة الساخنة بالطاقة الحرارية الأرضية يمكن أن تؤدي إلى نتائج مربكة. وقال هالين: “إن هذه ليست الطريقة التي تعمل بها ظاهرة الاحتباس الحراري”. وأوضحت أن ظاهرة الاحتباس الحراري تشمل زيادات في درجة حرارة الهواء، في حين أن النباتات في الدراسة الحالية كان لها نظامها الجذري فقط في مناخ أكثر دفئا، وليس نظام البراعم فوق الأرض. وقالت: “قد يتسبب ذلك في بعض التأثيرات التي لا يأخذها الباحثون في الحسبان”.

أخيرًا، يحذر مؤلفو الدراسة الجديدة أيضًا من أن أنواع التربة ليست كلها لديها نفس الاستجابة لظاهرة الاحتباس الحراري. التربة الأيسلندية في هذه الدراسة بركانية وغنية بالمعادن، على عكس التربة الخثية العضوية التي تهيمن على العديد من مناطق القطب الشمالي. تخزن أراضي الخث العميقة في الدول الاسكندنافية وشمال روسيا كميات هائلة من الكربون، وقد تتصرف بشكل مختلف، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى دراسات مماثلة طويلة الأجل عبر مجموعة واسعة من المناظر الطبيعية في القطب الشمالي.

تم نشر هذه المقالة في الأصل على Eos.org. اقرأ المادة الأصلية.