С изменением климата кустарники и деревья расширяются на север в Субарктике

Кусты растут в тундре на севере Скандинавии. А известно, что фиксация азота воздуха в тундре в высокой степени осуществляется цианобактериями, ассоциированными со мхами. Также усиленная фиксация азота стимулирует рост растений. Новые исследования показывают, что по мере того, как более высокие кустарники расширяются в тундру, питательные вещества в их опавших листьях будут либо способствовать, либо уменьшать фиксацию азота, в зависимости от того, какие виды кустарников будут преобладать. Научные результаты недавно были представлены учеными Катрин Роуск и Андерсом Михельсеном из Центра вечной мерзлоты и факультета биологии Копенгагенского университета, и теперь они опубликованы в широко известном научном журнале Global Change Biology.

Мхи в субарктической тундре заселены бактериями, фиксирующими атмосферный азот (N₂), и вместе они могут составлять 50 % от общего поступления азота в экосистему. Несмотря на эту ключевую роль, влияние потепления климата и увеличения поступления подстилки в результате разрастания кустарников на фиксацию N_{2 во мхах неоднозначно.}

Доцент кафедры биологии Кэтрин Роуск объясняет: «Чтобы помочь в прогнозировании роли связанной со мхом фиксации N₂ в более теплом будущем климате, мы количественно определили N _{2 фиксация в течение всего бесснежного периода в субарктической тундре. Мы использовали данные полевого эксперимента в Северной Швеции, в котором изменение климата моделировалось с помощью камер с открытым верхом для повышения температуры воздуха и почвы., и с добавлением растительного опада из ивы и березняков.}

Результаты показывают, что фиксация N₂ была наиболее высокой на прогреваемых участках и на участках с добавлением березовой подстилки (около 3 кг N га-1 год-1), в то время как ива Добавление подстилки приводит к снижению скорости фиксации N_{2 (менее 2 кг N га-1 год-1)}

Полевой эксперимент с растительностью тундры в Северной Швеции. Камеры с открытым верхом имитируют будущее потепление почвы и растений, вызванное изменением климата, а опавшие листья добавляются для имитации усиленного опада, вызванного разрастанием берез и кустов ивы (Фото: Anders Michelsen)

Кэтрин Роуск заключает: «Потепление приведет к увеличению скорости фиксации N₂ во мхах, в то время как последствия дальнейшего расширения кустарника будут зависеть от вторжения доминирующего кустарника: распространение ива, скорее всего, будет ограничивать поступление азота через фиксацию N₂, в то время как преобладание березовых кустарников будет усиливать фиксацию N_{2, и, таким образом, поступление азота в экосистема.}

Количество фиксированного N₂ важно, поскольку N является важным питательным веществом для роста растений и доступен только в ограниченных количествах в арктических экосистемах. Доступность азота влияет на то, сколько CO2 растения могут усваивать посредством фотосинтеза, и, следовательно, влияет на углеродный баланс. Изменения в фиксации N_{2 из-за глобального потепления изменят поступление азота в арктические экосистемы со значительными последствиями для роста растений.}

Микрофотография листьев мха со вставкой микрофотография цепочки сине-зеленых водорослей (цианобактерий) (красная) на c. Фрагмент листа мха длиной 0,1 мм (зеленый). Микрофотографии цианобактерий, фиксирующих свободный N_{2 в воздухе, сделаны в флуоресцентном микроскопе с зеленым фильтром (увеличение 200х). Микрофотографии Кэтрин Роуск.}