Влияние уровня азота в почве на растения и экосистемы

Как только повышаются уровни углекислого газа в атмосфере, это сразу приводит к повышению давления на королевство растений. Чиновники, ученые  и заинтересованные граждане надеются на то, что растения поглотят излишек CO2 в атмосфере и смягчат воздействие на изменяющийся климат. В течение нескольких десятилетий исследователи выдвигают гипотезы об одном главном контрольно-пропускном пункте, коим является азот.

Растения формируют свои ткани прежде всего с использованием углекислого газа, который они берут из атмосферы. Чем больше они его поглощают, тем быстрее они растут — это явление, известное как «эффект обогащения атмосферы двуокисью углерода.» Однако, растения, фотосинтезирующие большее количество CO2, будут также нуждаться в более высоких дозах других ключевых строительных блоков, особенно таких как азот. Общий консенсус среди ученых состоял в том, что, если растения получают больше азота, то усиливается и эффект обогащение атмосферы двуокисью углерода. Однако, как доказало новое исследование, опубликованное 1 июля в бюллетене «Природа», это не совсем так.

Адам Лэнгли и Пэт Мегонигэл, два эколога в Смитсонианском Экологическом Исследовательском центре, в течение четырех лет проводили исследование растений, растущих в солоноватых болотах Чесапикского залива. В 2006 они начали подкармливать области с доминирующим произрастанием осоки диетой богатой CO2 и азотом. Как только повышается уровень CO2, сразу же повышается и загрязнение азотом в устьях в процессе сельскохозяйственной деятельности. Поскольку осока ранее показала тенденцию к обогащению атмосферы двуокисью углерода, Лэнгли и Мегонигэл ожидали, что добавление азота могло увеличить ее уровень.

Осока Schoenoplectus americanus, первоначально реагировала как ожидалось. Однако, после первого года произошло что-то непредвиденное. Две разновидности травы, которые были относительно редки в болотах, Spartina patens и Distichlis spicata, начали энергично реагировать на лишний азот. В конечном счете травы стали разрастаться и занимать все большие территории. В отличие от осоки, эти травы слабо реагируют на излишние уровни CO2 и не растут быстрее. Таким образом, азот в конечном счете изменил состав экосистемы так же как и ее способность сохранять углерод.

Эксперимент проводился в заболоченном районе, предназначенном для исследований по программе «Smithsonian Global Change Research», расположенном на западном берегу Чесапика в Мэриленде. У этого места есть своя история исследований по изменению климата, которая берет свое начало с 1980-ых. Для этого исследования Мегонигэл и Лэнгли поместили в случайном порядке 20 открытых камер на участках земли с растениями. Камеры 185 см.в диаметре имеют прозрачные пластмассовые стены примерно такой же высоты.

Большие, пластмассовые емкости позволили ученым управлять концентрациями CO2 в воздухе и уровнями азота в почве. Половина растений выросла с нормальным, незначительным уровнем поглощения CO2; другая половина была выращена в окружающей среде с удвоенными концентрациями CO2. Точно так же половина камер была обогащена азотом, а другая половина оставлена без изменений.

Лэнгли и Мегонигэл переписали данные в начале и по окончанию эксперимента в течение каждого сельскохозяйственного сезона в каждой камере. Они отметили отдельные виды растений, измерили наземную биомассу и рост корней. В камерах, которые получали диету состоящую из большого количества азота, резко изменился состав растений; от 95% осоки в 2005 к примерно 50% трав в 2009. «Факт заключается в том, что не все растения будут в состоянии оптимально ответить на все изменения,» сказал Мегонигэл. «Вещи, на которые они действительно отвечают относятся прежде всего к продолжению жизни в окружающей среде.»

«Исследование подчеркивает важность рассмотрения соединения различных разновидностей растений, когда Вы пытаетесь предсказать, как земные экосистемы будут реагировать на факторы глобального изменения климата,» сказал Лэнгли. Для некоторых растений — повышение CO2 пойдет на пользу, излишний же азот будет принят другими растениями. Этот урок важен, чтобы понять, как ученые рассматривают дополнительные глобальные факторы изменения, такие как кислотные осадки, температура в заболоченных местах и повышение уровня моря. Виды растений, которые получают конкурентное превосходство при этих условиях развития, определяют, как экосистемы отвечают на глобальные климатические изменения.

Это исследование было проведено при поддержке американской Геологической службы и американским Министерством энергетики. Ученые Смитсонианского Института недавно получили финансирование от Национального научного фонда, который продлит исследования в течение еще 10 лет.

Источник: ScienceDaily

Перевод: Zelife.ru