Лесные пологи помогают определять естественные темпы удобрения

В свежем выпуске журнала Science международная группа исследователей из США и Шведии сообщает о вновь выявленном факторе, контролирующем естественное поступление нового азота в экосистемы бореальных лесов.

Азот является основным питательным веществом, определяющим продуктивность (и, следовательно, потребление углерода) в бореальных лесах. В нетронутых экосистемах большая часть нового азота поступает в лес через цианобактерии, живущие на побегах печёночных мхов, растущих плотными подушками на лесной подстилке. Эти бактерии преобразуют атмосферный азот в форму, пригодную для использования другими организмами — процесс, известный как «азотфиксация». Исследователи показали, что этот естественный процесс «удобрения», по-видимому, частично контролируется деревьями и кустарниками, расположенными над мхами.

Летом 2006 года учёные разместили в моховом слое специальные трубки — лизиметры — для сбора азота, осаждаемого на моховый покров из полога леса, и затем отслеживали скорость азотфиксации. Исследования показали, что при высоком уровне азота, поступающего сверху (что типично для молодых лесов), фиксация азота была крайне низкой. В старых, малопродуктивных лесах на моховую подушку осаждалось очень мало азота, что приводило к чрезвычайно высоким темпам азотфиксации.

Поскольку азотфиксация — энергозатратный процесс, цианобактерии при высоких концентрациях биодоступного азота потребляют его, а не тратят энергию на фиксацию нового. Таким образом, содержание азота в сквозном стоке полога выступает регулятором поступления нового азота в эти леса. По той же причине повышенные выпадения азота из-за загрязнения, вероятно, снижают скорость азотфиксации мхами. Изначально мох может буферизировать лес от воздействия азота, добавляемого в виде загрязнения или удобрений, однако хронически высокие поступления в конечном итоге устранят этот естественный источник плодородия леса.

Ассоциация печёночного мха и цианобактерий представляет уникальную модель для изучения механизмов обратной связи по азоту. Поскольку бактерии живут на поверхности мха, азотный статус сквозного стока напрямую влияет на фиксацию. Эта прямая связь не обнаруживается у других азотфиксирующих растений, например, бобовых, где бактерии находятся под землёй, а почва и разлагающийся опад перехватывают и модифицируют азот.

Эти выводы важны в глобальном масштабе, поскольку печёночные мхи — основной источник биологически фиксированного азота в биоме бореальных лесов. Доминирующий вид Pleurozium schreberi также встречается в арктических и умеренных биомах и, возможно, является наиболее широко распространённым азотфиксирующим видом растений на Земле. Понимание механизмов обратной связи между доминирующими организмами, регулирующими фундаментальные процессы экосистем, важно для прогнозирования долгосрочной динамики глобального углеродного цикла.

Источник: Шведский университет сельскохозяйственных наук