Принятая экологическая теория говорит, что плохие почвы ограничивают продуктивность тропических лесов, но добавление питательных веществ в качестве удобрений редко увеличивает рост деревьев, предполагая, что продуктивность в конце концов не ограничивается питательными веществами. Исследователи из Смитсоновского института тропических исследований (STRI) разрешили это очевидное противоречие, показав, что фосфор ограничивает рост отдельных видов деревьев, но не целых лесных сообществ. Их результаты, опубликованные 8 марта в журнале Nature, имеют огромное значение для понимания роста и изменения лесов.
Обширные районы тропиков расположены на старых ландшафтах, где питательные вещества, полученные из горных пород, были вымыты годами проливных дождей. Фосфора особенно мало, потому что оксиды железа, придающие тропическим почвам их характерный красный цвет, связываются с фосфором, делая его недоступным для растений. Однако внесение удобрений в различные леса Африки, Юго-Восточной Азии и Америки не увеличило рост деревьев. Единственное место, где внесение удобрений привело к увеличению роста деревьев, было на Гавайях, где в лесу преобладает один вид деревьев.
Альтернативный способ изучения дефицита питательных веществ - сравнение темпов роста деревьев в лесах, которые естественным образом различаются по доступности питательных веществ в почве: крошечная, но очень биоразнообразная тропическая страна Панама предоставляет идеальные условия для этого. Сложная геология центральной Панамы означает, что естественные уровни доступного для растений фосфора в почве различаются более чем в 300 раз - аналогично диапазону доступности фосфатов в тропических почвах по всему миру. А поскольку почвы в Панаме также различаются по влажности и другим питательным веществам, таким как азот, кальций и калий, исследователи могут одновременно изучать влияние этих переменных на рост.
Чтобы изучить влияние фосфора на рост деревьев, исследователи измерили 19 000 отдельных деревьев 541 различных видов деревьев в серии долгосрочных участков мониторинга леса, которые являются частью Лесной глобальной обсерватории Земли (Smithsonian ForestGEO). сеть, управляемая Центром изучения тропических лесов STRI. В среднем темпы роста отдельных видов деревьев увеличивались на почвах с более высоким уровнем доступного для растений фосфора, что согласуется с экологической теорией. Удивительно, однако, виды деревьев, которые произрастали на почвах с низким содержанием фосфора, в среднем росли быстрее, чем виды, растущие на почвах с высоким содержанием фосфора. И, наконец, разнообразие видов деревьев, присутствующих на участках, означало, что темпы роста в масштабах всего сообщества не менялись в зависимости от уровня фосфора в почве.
«Обнаружение того, что виды, адаптированные к почвам с низким содержанием фосфора, растут так быстро, стало настоящим сюрпризом», - сказал Бен Тернер, научный сотрудник STRI, который руководил исследованием. «Мы до сих пор не понимаем, почему это происходит, и почему виды с высоким содержанием фосфора не растут быстрее, чем они есть на самом деле. Возможно, деревья вкладывают дополнительный фосфор в размножение, а не в рост, например, потому что семена, плоды и пыльца богаты фосфором. теперь эти результаты помогают нам понять, как плодородие почвы влияет на рост деревьев в тропических лесах, и еще раз демонстрируют способность тропического разнообразия удивлять нас».
«Это исследование подчеркивает наше ограниченное понимание того, как растения справляются с бедными фосфором почвами, что является серьезной проблемой для фермеров в большей части тропиков», - сказал Джим Даллинг, научный сотрудник STRI, профессор и глава Департамента растений. биологии в Иллинойсском университете Урбана-Шампейн. «Сравнение того, как растения, адаптированные к высокой и низкой доступности фосфора, приобретают и используют это важнейшее питательное вещество, может предложить новые подходы к увеличению производства продуктов питания, не полагаясь на дорогостоящие удобрения."