Intensifying phosphorus limitation accelerates the global decline of the CO₂ fertilization effect
تُظهر هذه الدراسة أن تكثيف محدودية الفوسفور، وليس الإجهاد المائي، هو المحرك الرئيسي للتراجع العالمي في تأثير تسميد ثاني أكسيد الكربون، مما يتحدى نماذج نظام الأرض الحالية التي غالباً ما تغفل دورات الفوسفور الديناميكية وبالتالي تبالغ في تقدير إمكانات بالوعات الكربون المستقبلية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
على مدى عقود، عملت أراضي الأرض كدرع ضخم ضد تغير المناخ، حيث امتصت ما يقرب من ثلث ثاني أكسيد الكربون الذي يطلقه البشر في الهواء. وتعتمد هذه القدرة على ظاهرة يسميها العلماء "تأثير تسميد ثاني أكسيد الكربون". فكر في الأمر كدفعة طبيعية: فكلما امتلء الغلاف الجوي بمزيد من ثاني أكسيد الكربون، تنمو النباتات بشكل عام بشكل أسرع وأكبر لأن لديها المزيد من المواد الخام التي تحتاجها لبناء الأوراق والخشب. وقد ساعد هذا النمو الإضافي في إبطاء وتيرة الاحتباس الحراري. ومع ذلك، تشير الملاحظات الأخيرة إلى أن هذه الدفعة المفيدة بدأت تتلاشى. والسؤال الذي أرق الباحثين لسنوات هو السبب. لسنوات، كانت النظرية الرائدة هي أن النباتات بدأت تنفد منها المياه، أو أن الهواء أصبح جافاً جداً بحيث لا يمكنها الازدهار فيه. لكن دراسة جديدة تشير إلى أن القصة أكثر تعقيداً، حيث تشير إلى نقص مختلف، وغالباً ما يتم تجاهله، يعمل بهدوء على تقويض قدرة الكوكب على امتصاص الكربون.
قام فريق من الباحثين، بقيادة "جينغ بينغ" من جامعة سون يات سين، بالتحقيق في هذا التراجع في الدفعة. وقد جمعوا بين صور الأقمار الصناعية طويلة المدى لنمو النباتات ونماذج حاسوبية معقدة تتبع كيفية انتقال الكربون والنيتروجين والفوسفور عبر التربة والنباتات. كان هدفهم هو معرفة ما إذا كان انخفاض نمو النباتات مدفوعاً بالجفاف أو بنقص العناصر الغذائية، وتحديداً الفوسفور. الفوسفور معدن حيوي تحتاجه النباتات لتخزين الطاقة وبناء الحمض النووي (DNA)، ولكن على عكس النيتروجين، الذي يمكن سحبه من الهواء، يجب استخراج الفوسفور من الصخور الموجودة في التربة. ووجد الباحثون أنه بينما يلعب الإجهاد المائي دوراً، إلا أنه ليس القصة بأكملها. في الواقع، في أجزاء كثيرة من العالم، لا تعاني النباتات من نقص الأمطار، بل إنها تصطدم بحائط لأنها لا تستطيع الحصول على ما يكفي من الفوسفور لمواكبة كمية الكربون الإضافية التي تحاول استخدامها.
ركزت الدراسة على السنوات ما بين 1982 و215، وهي الفترة التي ارتفعت فيها مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل مطرد. وقاس الفريق مقدار النمو النباتي الإضافي لكل زيادة في ثاني أكسيد الكربون، وهو معدل يتناقص عالمياً. واكتشفوا أن هذا الانخفاض كان يحدث بسرعة أكبر في مناطق محددة حيث أصبح نقص الفوسفور أكثر حدة. هذه المناطق، والتي تشمل أجزاً من المناطق الاستوائية وخطوط العرض الشمالية العليا، شهدت ضعف تأثير تسميد ثاني أكسيد الكربون بمعدل حوالي 2.28 بالمائة لكل زيادة قدرها 100 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون. وكان هذا أسرع قليلاً من المتوسط العالمي وأسرع بشكل ملحوظ من المناطق الأخرى. والأهم من ذلك، أن الباحثين فحصوا بيانات الطقس لهذه المناطق المحددة ووجدوا أنها لم تشهد حالات جفاف أقسى أو درجات حرارة أعلى من بقية العالم. وفي بعض الحالات، كان المناخ في الواقع أكثر اعتدالاً. هذا التباين يعني أن التراجع الأسرع في نمو النباتات لا يمكن إلقاء اللوم فيه على الطقس.
ولفهم ما كان يحدث داخل النباتات، نظر الباحثون في التوازن الكيميائي لأوراقها. ووجدوا أنه في المناطق التي يتلاشى فيها زخم النمو بأسرع ما يكون، تتغير نسبة النيتروجين إلى الفوسفور في الأوراق بطريقة تشير إلى نقص حاد. فبينما تحاول النباتات النمو بشكل أسرع بسبب زيادة ثاني أكسيد الكربون، فإنها تطلب المزيد من الفوسفور، لكن التربة لا تستطيع توفيره بالسرعة الكافية. وقد خلق هذا عنق زجاجة. وأظهرت المحاكاة الحاسوبية أن نقص العناصر الغذائية هذا أصبح عائقاً بقوة تضاهي جفاف الهواء في الحد من نمو النباتات. وفي هذه المناطق المحدودة بالفوسفور، كان نقص العناصر الغذائية يلغي فعلياً فوائد ثاني أكسيد الكربون الإضافي. كانت النباتات تحاول النمو، لكنها كانت تنفد من المكونات الأساسية اللازمة لبناء أجسامها.
يختلف تأثير هذا الاكتشاف اعتماداً على نوع الغابة. فقد أظهرت الدراسة أن الغابات المختلطة، الشائعة في خطوط العرض الشمالية العليا، كانت الأكثر عرضة للخطر. ففي هذه المناطق، انخفضت قدرة النباتات على استخدام ثاني أكسيد الكربون الإضافي للنمو بنسبة تقارب 5 بالمائة لكل 100 جزء في المليون من الزيادة في الكربون. وفي المقابل، أظهرت الغابات الاستوائية دائمة الخضرة ذات الأوراق العريضة، والتي تكيفت مع التربة الفقيرة بالفوسفور على مدى ملايين السنين، انخفاضاً أقل بكثير. فقد طورت هذه الأشجار الاستوائية استراتيجيات ذكية لإعادة تدوير الفوسفور بكفاءة، مما يسمح لها بالاحتفاظ بميزة النمو لفترة أطول. ومع ذلك، فإن التراجع السريع في الغابات الشمالية يمثل مصدر قلق كبير لأن هذه الأنظمة البيئية تعد حالياً محركات رئيسية لبالوعة الكربون العالمية. فإذا ضعفت قدرتها على امتصاص الكربون بشكل أسرع مما هو متوقع، فإن الدفاع الطبيعي للكوكب ضد تغير المناخ سيكون أقل قوة مما كان يُعتقد سابقاً.
كما تتبع الباحثون تدفق العناصر الغذائية عبر النظام البيئي بأكره، من الأشجار الحية إلى الأوراق الميتة والتربة تحتها. ووجدوا أن نسبة الكربون إلى الفوسفور تزداد عبر جميع هذه المستودعات، مما يعني أن الكربون يتراكم في النظام بشكل أسرع بكثير من قدرة الفوسفور على التجدد. يشير هذا الاختلال إلى دورة تعزز نفسها: فبينما تنمو النباتات، فإنها تحبس المزيد من الكربون، ولكن الفوسفور اللازم لاستدامة هذا النمو يظل نادراً. وتصبح الأوراق الميتة التي تسقط على الأرض أغنى بالكربون وأفقر بالفوسفور، مما يبطئ عملية التحلل ويحد أكثر من عودة العناصر الغذائية إلى التربة. وهذا يخلق حلقة مفرغة حيث يؤدي فعل النمو السريع في النهاية إلى نقص أكبر في العناصر الغذائية المطلوبة لمواصلة النمو.
تتحدى هذه الدراسة الافتراض السائد منذ فترة طويلة بأن المياه هي المحدد الأساسي لمدى كمية الكربون التي يمكن للأرض امتصاصها. وبينما يهم الجفاف بالتأكيد، تشير الأبحاث إلى أن العائق الحقيقي في كثير من الأماكن هو توافر الفوسفور. ويشير المؤلفون إلى أن النماذج الحاسوبية الحالية المستخدمة للتنبؤ بتغير المناخ المستقبلي غالباً ما تغفل هذه الديناميكية في دورة العناصر الغذائية. ومن خلال عدم مراعاة كيفية اشتداد نقص الفوسفور بمرور الوقت، قد تبالغ هذه النماذج في تقدير كمية الكربون التي ستتمكن غابات الأرض من تخزينها في العقود القادمة. وإذا لم تتمكن الأرض من امتصاص قدر كافٍ من الكربون كما نأمل، فإن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي سيرتفع، مما يؤدي إلى احترار أسرع. وتعد هذه النتائج بمثابة تذكير بأن أنظمة الأرض مترابطة بعمق، وأن حل لغز المناخ يتطلب عدم النظر فقط في الهواء والمياه، بل أيضاً في الكيمياء غير المرئية للتربة تحت أقدامنا.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.