Удобрение инвазивными видами угрожает бедным питательными веществами экосистемам

Биологи исследовали, усваивают ли местные растения в окрестностях инвазивных видов азот, фиксируемый последними. Объектом изучения стала Золотистая акация (Acacia longifolia) — австралийский кустарник, распространившийся в регионах с средиземноморским климатом по всему миру. Учёные выяснили, что инвазивный вид угрожает местным экосистемам не только активным ростом, но и удобрением окружающей почвы азотом — этот эффект распространяется далеко за пределы территории, занятой захватчиком. Инновационный метод (называемый 15N изоландшафты) опубликован в журнале Ecology Letters.

Большинство растений могут усваивать азот только из почвы. В отличие от них, Золотистая акация способна с помощью азотфиксирующих бактерий ассимилировать азот из воздуха. Это даёт ей большое преимущество перед местными видами, не фиксирующими азот, на бедных азотом почвах, таких как дюны на побережье Португалии (Троя), которые изучала исследовательская группа из Университета Билефельда. На некоторых из этих дюн уже произошло массовое вторжение чужеродной акации. Она подавляет другие растения, потребляя больше своей доли ограниченных питательных веществ и дождевой воды, а её листья и ветви затеняют более мелкие растения в подлеске.

Через разлагающиеся листья акации в почву попадают большие количества фиксированного из воздуха азота. Ключевым вопросом для исследователей было, используют ли этот азот местные растения по соседству с захватчиком. Дополнительные питательные вещества потенциально могут повысить темпы роста соседних местных видов. Хотя на первый взгляд это кажется положительным, для видового разнообразия дюнной системы это имеет проблемные последствия, поскольку «дюны — это чувствительные экосистемы, зависящие от медленного роста и устойчивого использования ресурсов», — говорит профессор Кристиане Вернер. Если растения растут быстрее обычного, они потребляют больше воды, почва становится суше, что ставит под угрозу хрупкое равновесие в местном растительном сообществе.

Чтобы проверить, передаётся ли азот из воздуха через акацию соседним растениям, которые используют только азот из почвы, исследователи использовали разные изотопные формы азота:

• Наиболее распространённый стабильный изотоп азота, 14N, имеет 7 протонов и 7 нейтронов.
• Менее распространённый «тяжёлый» изотоп имеет дополнительный нейтрон и, следовательно, всего 15 ядерных частиц — 15N.

Концентрация 15N в воздухе выше, чем в почве португальских дюн. Следовательно, если один вид фиксирует азот из воздуха, а соседние растения поглощают этот дополнительный азот, то в листьях этих соседних растений также должна быть более высокая концентрация тяжёлых изотопов азота.

Исследовательская группа подтвердила, что португальская эмпетрума (Corema album), местный кустарник на побережье Португалии, использует значительное количество азота, который Золотистая акация фиксирует из воздуха. «Влияние чужеродной акации на эти кустарники значительно», — отмечает Кристиане Вернер.

Команда взяла образцы листьев на участке дюн, одновременно картировав расположение растений. С помощью масс-спектрометра соотношения изотопов они проанализировали долю 15N в образцах и сравнили результаты с картами распределения растений. «Это показало, что акации влияют на уровень азота и рост местных растений в радиусе до восьми метров за пределами своей кроны», — говорит Кристиане Вернер. «Хотя акация присутствует лишь на одной пятой исследуемой территории, она изменяет динамику азота почти на двух третях этой площади».

Для биологов это важное открытие, поскольку оно помогает понять, как инвазивные виды, такие как Золотистая акация из Австралии, умудряются распространяться в новых экосистемах и подавлять местные виды: в данном случае удобрение окружающей территории в значительной степени способствует успеху этой акации.

Применяемый экологами метод называется «изоландшафты» (isoscaping). Обычно он используется для определения происхождения материала по соотношению изотопов, например, в минеральных или растительных остатках. Исследовательская группа из Билефельда впервые применила эту процедуру на уровне растительного сообщества. Новый метод подходит не только для измерения воздействия чужеродных растений. В будущем его также можно будет использовать, например, для изучения влияния промышленных стоков или сельскохозяйственных удобрений на экосистемы.