Экосистемы лугов резко меняются при превышении порога азотных удобрений

Реакции экосистем на глобальные изменения часто нелинейны. Экологические пороги — это точки перелома, за которыми небольшие изменения условий окружающей среды могут оказывать непропорционально большое влияние на биоразнообразие и функционирование экосистем.

Луга: разнообразные, но угрожаемые экосистемы

Луга богаты биоразнообразием и обеспечивают множество экосистемных услуг, таких как секвестрация углерода, фильтрация воды и выпас скота. Однако они находятся под угрозой из-за интенсификации землепользования. Исследователи из INRAE и CNRS проанализировали данные сети из 150 умеренных лугов в Германии, собранные с 2008 по 2020 год.

Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.

Для выявления экологических порогов исследователи проанализировали функциональные признаки растений (например, размер листа, скорость роста), которые определяют, как виды реагируют на среду и взаимодействуют с ней.

Ключевой порог, связанный с интенсификацией землепользования

Исследование выявило экологические пороги, связанные с азотными удобрениями, которые резко меняют экологический баланс лугов.

• Первый порог возникает при начале удобрения лугов. По сравнению с неудобренными естественными лугами (50 изученных участков), удобренные луга демонстрируют снижение биоразнообразия, но экосистема остается стабильной и продуктивной.
• Критическое изменение происходит при превышении уровня удобрений в 80 кг азота на гектар в год (наблюдалось на 50 других участках). Виды теряют способность к сосуществованию. Луга начинают доминировать меньшим количеством видов со схожими функциональными признаками, такими как кормовые травы (например, райграс) и обычные сорняки (например, одуванчик).

Исследование также показало порог, за которым дальнейшая интенсификация практик не увеличивает биомассу растений, а приводит к усиленному вымыванию питательных веществ и повышению уязвимости культур к климатическим стрессам, особенно к засухе.

Естественные луга, напротив, поддерживают большое разнообразие растений с разными признаками, что повышает их устойчивость к погодным колебаниям и обеспечивает такие услуги, как секвестрация углерода, поддержка опылителей и поддержание плодородия почв.

Измерение функциональных признаков позволяет оценить способность лугов поддерживать высокое разнообразие видов и принять превентивные меры при первых признаках снижения экосистемных услуг. Выявление порога в 80 кг азота на гектар в год позволяет скорректировать сельскохозяйственные практики для лучшего баланса продуктивности, биоразнообразия и устойчивости.

Предложенный подход может быть применен и к другим экологическим проблемам, таким как эвтрофикация озер, управление рыболовством или лесами, и дезертификация, чтобы помочь предотвратить критические сдвиги в экосистемах.

Дальнейшие исследования направлены на лучшее понимание этих порогов и оценку возможности хотя бы частичного восстановления деградировавших экосистем.