Снижение численности беспозвоночных уменьшает естественный контроль вредителей и разложение органики
Исследование, опубликованное в Current Biology под руководством учёных из Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия (iDiv) и Лейпцигского университета, показывает, что сокращение численности беспозвоночных влияет на функционирование экосистем, включая две ключевые экосистемные услуги: надземный контроль вредителей и подземное разложение органического материала.
Исследование доказывает, что потеря беспозвоночных ведёт к сокращению важных экосистемных услуг и к разобщению экосистемных процессов, что делает необходимыми срочные меры защиты.
Беспозвоночные, такие как насекомые, а также другие членистоногие, улитки, слизни и нематоды, составляют ~75% всех описанных на Земле видов и являются фундаментальной частью экосистем, обеспечивая множество критических функций и услуг, включая опыление, разложение и естественный контроль вредителей.
Вызванные человеком изменения окружающей среды, в частности изменение землепользования, упрощение ландшафта, урбанизация, включая потерю среды обитания и химическое загрязнение, в последние десятилетия приводят к глобальному сокращению численности беспозвоночных. Однако измерение потенциальных последствий этой потери до сих пор было затруднительно.
«Манипулирование надземными сообществами беспозвоночных было серьёзной проблемой в экологических исследованиях из-за их функционального разнообразия и мобильности», — объясняет ведущий автор Нико Айзенхауэр, профессор экспериментальной экологии взаимодействий в iDiv и Лейпцигском университете.
Команда использовала iDiv Ecotron — совместную исследовательскую платформу iDiv и Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ). Она состоит из нескольких контролируемых мини-экосистем (так называемых EcoUnits), что позволило изучить эффекты этих сложных сообществ.
«Помимо создания моста между мелкомасштабными экспериментами в высококонтролируемых условиях и менее контролируемыми полевыми экспериментами или программами мониторинга, целью iDiv Ecotron было позволить эксперименты по изменению биоразнообразия на разных уровнях пищевых сетей в надземных и подземных компонентах экосистемы», — говорит почётный член iDiv Франсуа Буско, заслуженный профессор Лейпцигского университета.
Исследователи смоделировали и протестировали, как различные экосистемные услуги и разнообразие растений реагируют в 24 различных луговых экосистемах при трёх уровнях биомассы надземных беспозвоночных (100%, 36% и 0%). Уровень биомассы 36% отражает драматическое сокращение численности беспозвоночных, зарегистрированное на немецких лугах за последнее десятилетие.
Все виды растений и беспозвоночных были собраны с одного и того же прилегающего сенокосного луга. Исследователи имитировали естественную смену надземных сообществ беспозвоночных, трижды заменяя их с мая по ноябрь 2018 года. «Меня особенно впечатляет эта симуляция фенологии сообществ беспозвоночных — то, что, насколько я знаю, не делалось ранее», — добавляет Нико Айзенхауэр, руководитель iDiv Ecotron.
Результаты исследования показали:
- С уменьшением биомассы беспозвоночных сокращается и количество экосистемных услуг.
- Надземные беспозвоночные играют важную роль в естественном контроле вредителей. Снижение их численности сопровождалось вспышками тли, что указывает на возможность широкого распространения вспышек вредителей как следствия потери биоразнообразия на высших трофических уровнях.
- Потеря надземных беспозвоночных привела к значительному снижению подземного разложения. «Надземные и подземные процессы связаны беспозвоночными, которые потребляют растения и опавшие листья. Потеря этих связей изменит круговорот питательных веществ и то, сколько углерода может быть запасено в экосистемах», — объясняет координатор Ecotron доктор Джес Хайнс из iDiv и Лейпцигского университета.
Биомасса беспозвоночных также повлияла на растения в экспериментальных луговых экосистемах. Надземная биомасса растений увеличивалась в EcoUnits с сокращённой биомассой беспозвоночных, возможно, потому что беспозвоночные обычно поедают больше надземной части растений.
«Таким образом, в интактных сообществах беспозвоночных энергия направляется вверх от растений к высшим трофическим уровням», — объясняет Джес Хайнс. Исследователи также обнаружили, что концентрация углерода и азота в тканях растений значительно снизилась, что, в свою очередь, может изменить качество ресурсов и питательных веществ, стимулирующих биологическую активность в почвах.
«В здоровой экосистеме биотические и биогеохимические свойства связаны. Это исследование показывает, что уменьшение биомассы надземных беспозвоночных снижает эту связь, что может угрожать видовому разнообразию, а также питанию животных, растений и микробов», — говорит Нико Айзенхауэр.
Несмотря на эти тревожные выводы, экосистемы могут восстановиться после законодательных изменений, благоприятствующих разнообразию беспозвоночных. Например, есть свидетельства увеличения численности пресноводных насекомых после принятия «Закона о чистой воде». Срочные меры защиты могут переломить ситуацию в пользу сохранения разнообразных сообществ беспозвоночных и важных экосистемных функций.