Добавление питательных веществ усиливает реакцию лугов на осадки
Новое исследование показало, как меняется связь между среднегодовым количеством осадков (MAP) и биомассой лугов при добавлении одного или нескольких питательных веществ.
Авторы продемонстрировали, что осадки и доступность питательных веществ являются ключевыми факторами, определяющими растительную биомассу, в то время как влияние видового разнообразия растений минимально. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Глобальные изменения в количестве осадков испытывают экосистемы по всему миру: в одних регионах MAP увеличивается, в других — уменьшается. Одновременно многие экосистемы подвергаются — как намеренно, так и непреднамеренно — воздействию растущего количества питательных веществ, таких как азот, фосфор и калий.
Это может быть результатом сельскохозяйственных практик, таких как землепользование и удобрение, или городского стока, включающего сточные воды, попадающие в близлежащие водоемы. Оба фактора — осадки и питательные вещества — напрямую влияют на производство растительной биомассы.
Исследование показало, что растительная биомасса тесно связана со среднегодовым количеством осадков на лугах. В среднем биомасса растений увеличивается с ростом MAP, но важную роль играют и другие факторы, например, доступность питательных веществ.
До сих пор было мало известно о том, как меняется взаимосвязь между MAP и растительной биомассой при добавлении одного или нескольких питательных веществ.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи измерили надземную растительную биомассу и видовое разнообразие на 71 лугу на шести континентах, включая естественные и засеянные луга с различной текстурой почвы, содержанием питательных веществ и режимами управления.
Все площадки входили в сеть Nutrient Network, включая площадки NutNet в рамках Йенского эксперимента и на исследовательской станции UFZ в Бад-Лаухштедте (Германия). Эта экспериментальная сеть использует стандартизированную методологию, применяемую на всех 130 площадках по всему миру, что обеспечивает сопоставимость данных.
Несколько питательных веществ — больше биомассы
Чтобы изучить влияние питательных веществ в сочетании с MAP, исследователи удобряли все площадки азотом, фосфором и калием — во всех возможных комбинациях. Удобрение, как правило, стимулировало рост растений и увеличивало биомассу. Примечательно, что при добавлении нескольких питательных веществ — особенно азота и фосфора — растения становились более чувствительными к количеству осадков, что усиливало взаимосвязь между биомассой и осадками.
Хотя этот результат не стал неожиданностью, исследование также выявило нечто неожиданное: такие факторы, как видовое разнообразие, слабо влияли на взаимосвязь биомасса-MAP внутри растительного сообщества. Однако на площадках, которые не были ограничены по азоту или фосфору, связь между осадками и биомассой становилась более четкой — эта закономерность ускользала от внимания в более ранних анализах, не учитывавших биоразнообразие.
«Добавление питательных веществ снижает видовое разнообразие растений, но косвенное влияние изменения разнообразия на биомассу слабее, чем прямое влияние MAP и питательных веществ», — говорит соавтор Стэн Харпол, руководитель отдела физиологического разнообразия в UFZ, iDiv и MLU.
«Хотя влияние на разнообразие не оказывает сильного воздействия на биомассу, учет растительного разнообразия по-прежнему важен для точного понимания того, как осадки влияют на биомассу в экосистемах, где доступность питательных веществ (таких как азот и фосфор) не является ограничивающим фактором».
Результаты подчеркивают, что такие факторы, как осадки и доступность питательных веществ, оказывают более сильное влияние, чем растительное разнообразие.
Взаимодействие питательных веществ формирует взаимосвязь MAP-биомасса
Новые данные подтверждают идею о том, что экосистемы часто одновременно ограничены несколькими питательными веществами. Соответственно, удобрение более чем одним питательным веществом может усилить взаимосвязь между биомассой и осадками — при этом особенно важную роль играют взаимодействия между азотом и фосфором.
Чтобы полностью понять, как луговые экосистемы реагируют на глобальные изменения в количестве осадков и обогащении питательными веществами, следует учитывать как взаимодействие питательных веществ, так и изменения в растительных сообществах. Понимание ограничений по питательным веществам и их влияния на производство биомассы может помочь в разработке стратегий управления земельными ресурсами и сохранения луговых экосистем по всему миру.
Исследование проводилось под руководством Министерства сельского хозяйства США при участии нескольких исследователей из Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия (iDiv), Центра экологических исследований Гельмгольца (UFZ), Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Лейпцигского университета.