Биологическая фиксация азота является фундаментальной частью функционирования экосистемы. Антропогенное осаждение азота и изменение климата могут, однако, ограничить конкурентное преимущество азотфиксирующих растений, однако, оценки изменений долгосрочного разнообразия сообществ азотфиксирующих растений редки. В новом исследовании ученые постарались уточнить этот аспект.
Биодоступный азот (N) в экологических системах часто ограничен. Азотфиксирующие растения способны преодолеть это ограничение даже в почвах с низким содержанием питательных веществ, поскольку они образуют симбиоз с диазотрофными бактериями, которые фиксируют N из атмосферы. Эти азотфиксирующие растения могут, таким образом, обогащать окружающую почву и изменять доступное пространство ниши для других организмов, предоставляя ценные экосистемные услуги как для естественных, так и для полуестественных систем.
Однако азотфиксаторы и их услуги уязвимы к изменениям окружающей среды, в частности к изменению климата и антропогенным отложениям азота.
Текущие глобальные температуры превысили 1,1°C по сравнению с доиндустриальным уровнем, глобальная влажность почвы снизилась, несмотря на общее увеличение осадков, а отложение азота, вызванное деятельностью человека, ускорилось с начала 20-го века и вряд ли замедлится в ближайшем будущем. Таким образом, понимание реакции азотфиксирующих симбионтов на прошлые изменения окружающей среды может помочь предсказать будущие изменения.
Поскольку люди вносят дополнительный азот на сельскохозяйственные земли посредством удобрения, а промышленность и транспорт способствуют отложению азота по всей стране, азотфиксирующие растения могут потерять свое конкурентное преимущество в будущем. К таким растениям относятся клевер, люпин, горох и вика, а также ольха.
Международная исследовательская группа, включающая доктора Тило Хайнкена из Потсдамского университета, установила, что как ни удивительно, но изменения температуры и засушливость не способствуют наблюдаемым временным изменениям разнообразия азотфиксирующих растений, как принято было считать ранее. Результаты исследования были опубликованы в Science Advances.
«В нашем исследовании мы изучили временные тенденции в разнообразии этих растений и их связь с антропогенным осаждением азота, принимая во внимание изменения температуры и засушливость», - говорит доктор Тило Хайнкен, ботаник из Института биохимии и биологии Потсдамского университета.
Международная группа проанализировала наборы данных из базы данных forestREplot по видовому богатству и филогенетическому разнообразию лесной растительности в лесах умеренного пояса Европы и США.
Базовые обследования для выбранных участков проводились в период с 1940 по 1999 год; последние повторные обследования проводились в период с 1995 по 2019 год. Ученые обнаружили, что обилие азотфиксирующих растений уменьшается с увеличением поступления азота, независимо от изменений температуры и увеличения засушливости.
Географическое распределение 53 участков исследования. Фото: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp7953.
База данных forestREplot представляет собой архив информации с пробных площадок травяного яруса в лесах, распределенных по умеренным зонам Европы и Северной Америки. Из этого можно вывести мировые тенденции.
«Ежегодное антропогенное осаждение азота более чем утроилось с 19 века. Этот радикальный региональный сдвиг в доступности азота может иметь как прямые, так и косвенные последствия для разнообразия растений через сложные взаимодействия с изменением климата. Наши результаты показывают последовательное сокращение числа растений, фиксирующих азот, в лесах умеренного пояса за последние несколько десятилетий, что вызывает опасения относительно возможного будущего с меньшим разнообразием растений, фиксирующих азот, в лесах. Неожиданно, изменения температуры и засушливости не способствовали наблюдаемым временным изменениям в разнообразии, фиксирующем азот, что, вероятно, отражает большую относительную важность отложения азота для растений, фиксирующих азот. Учитывая влияние отложения азота на богатство азотфиксаторов, мы должны быть осторожны, прогнозируя будущие изменения азотфиксаторов, основываясь исключительно на климатических изменениях, не понимая сложных взаимодействий с антропогенно обусловленными изменениями в условиях содержания питательных веществ в почве», - заключил исследователь.
Источник: University of Potsdam. Автор: Катарина Циммер.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.