Деревья общаются через «деревянную паутину» корней и микробов таким образом, что они ускоряют свой рост и могут уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу, смягчая последствия изменения климата. Но никто не знает, почему так много тропических деревьев объединяются с бактериями для захвата азота из воздуха, когда они уже растут на богатых азотом почвах. Масштабный эксперимент, проведенный Смитсоновским институтом тропических исследований (STRI) для решения этого парадокса, показал, что у каждого вида есть свои уникальные стратегии захвата питательных веществ, что подчеркивает важность биоразнообразия для успешных проектов лесовосстановления.
Тропические почвы могут быть богаты азотом, но бедны фосфором, пригодным для использования растениями. Многие виды тропических деревьев, обычно принадлежащие к семейству бобовых, имеют на корнях узелки, образованные бактериями для улавливания газообразного азота из воздуха и преобразования его в азот, полезный для роста и накопления углерода.
«Люди предположили, что виды, фиксирующие азот, могут направлять дополнительный азот на создание фермента фосфатазы для захвата фосфора», - сказал Джефферсон Холл, руководитель эксперимента Смитсоновского института по водоразделу Панамского канала - проекта Agua Salud. «Но доказательства были ограничены».
Холл и его коллеги поняли, что эксперимент в ландшафтном масштабе, предназначенный для выяснения того, как тропические деревья накапливают углерод, влияют на водоснабжение и сохраняют биоразнообразие, был бы идеальным местом, чтобы задать этот вопрос, потому что, в отличие от естественных лесов, достаточно особей каждого вида, чтобы можно было обобщить их поведение. Команда сравнила от шести до 13 отдельных деревьев каждого из четырех видов, фиксирующих азот, и трех видов, не фиксирующих азот, по выработке фосфатазы.
«Я думаю о деревьях как о личностях, как об активных лицах, принимающих решения, общающихся и обменивающихся материалами, предпочитающих одну стратегию другой», - сказала Сара Баттерман, первый автор этого исследования и доцент и независимый научный сотрудник Совета по исследованию окружающей среды. в Университете Лидса, Великобритания. «В целом деревья, фиксирующие азот, производили больше фосфатазы, но и не азотфиксирующие, иногда столько же, сколько азотфиксирующие, что демонстрирует разнообразие стратегий».
Мы надеялись найти доказательства гипотезы торговли питательными веществами, согласно которой азотфиксаторы инвестируют в богатые азотом ферменты фосфатазы, что разрешит парадокс, почему в этих богатых азотом тропических лесах растет больше азотфиксирующих деревьев. почвы», - сказал Баттерман. «Но мы не нашли всеобщего подтверждения этой гипотезы. Затем мы рассмотрели гипотезу о балансе питательных веществ - деревья адаптируют свои стратегии захвата питательных веществ для удовлетворения своих потребностей - фиксируют больше азота в почвах с низким содержанием азота и производят больше фосфатазы в почвах с низким содержанием фосфора. Мы также не нашли повсеместной поддержки этого».
«Важный вывод этого исследования заключается в том, что высокая активность фосфатазы не ограничивается азотфиксирующими деревьями, но заметно различается как среди бобовых, так и среди небобовых видов», - сказал Бен Тернер, соавтор и директор исследования. Лаборатория почв STRI.
«Самое интересное заключается в том, что теперь мы можем применить то, что мы узнали об основных биологических процессах, к усилиям по лесовосстановлению, чтобы максимизировать улавливание углерода и смягчить последствия изменения климата», - сказал Баттерман. «Теперь мы знаем, какие породы деревьев могут лучше получать фосфор, какие лучше получать азот и, что наиболее важно, что биоразнообразие имеет решающее значение для проектов по лесовосстановлению».
Проект Agua Salud, результат сотрудничества STRI, Управления Панамского канала и Министерства окружающей среды Панамы (MiAmbiente). Плантации местных видов являются частью программ Smart Reforesation, BiodiversiTREE и TreeDivNet.
Мы хотели бы особо поблагодарить тех, кто поддерживает проект Agua Salud - ForestGEO, Фонд Хейзинг-Саймонс, банк HSBC, Стэнли Мотта, Фонд Small World Institute, Конкурсные гранты Смитсоновского института для науки, Гранты Смитсоновского института на большие задачи, семья Хох, Национальный научный фонд США, Национальный университет Сингапура, STRI и колледж Yale-NUS - потому что они верят в сокращение дистанции между прикладными и теоретическими исследованиями», - сказал Холл. Ведущий автор также получил поддержку от Принстонского университета, краткосрочной программы стипендий STRI и гранта Совета по исследованиям окружающей среды Соединенного Королевства.