Загрязнение изменяет грибы, которые обеспечивают корни деревьев минеральными питательными веществами, что может объяснить тенденции недоедания деревьев в Европе.
Огромное исследование 13 000 образцов почвы в 20 европейских странах показало, что многие сообщества древесных грибов испытывают стресс из-за загрязнения, что указывает на то, что текущие ограничения загрязнения могут быть недостаточно строгими.
Чтобы получать питательные вещества из почвы, деревья содержат в своих корнях грибы, известные как микоризные грибы. Эти грибы получают углерод от дерева в обмен на необходимые питательные вещества, такие как азот, фосфор и калий, которые они собирают из почвы. Некоторые из этих грибов известны над землей благодаря грибам и трюфелям, которые они образуют.
Эта симбиотическая связь растений и грибов имеет решающее значение для здоровья дерева. Недавние исследования выявили признаки недоедания деревьев в Европе, такие как обесцвечивание листьев или потеря листьев из кроны, но механизмы, лежащие в основе этих симптомов, неясны.
Теперь, в ходе десятилетнего общеевропейского исследования под руководством Имперского колледжа Лондона и Королевского ботанического сада в Кью, исследователи обнаружили, что характеристики деревьев и местное качество воздуха и почвы оказывают большое влияние на микоризу.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, было исследовано 40 000 корней из 13 000 образцов почвы на 137 лесных участках в 20 европейских странах. Это позволило авторам обнаружить масштабные тенденции в микоризных сообществах, включая их устойчивость к загрязнению.
Ведущий исследователь д-р Мартин Бидартондо из Департамента наук о жизни в Империал и Кью Гарденс сказал: «В Европе наблюдается тревожная тенденция недоедания деревьев, что делает леса уязвимыми для вредителей, болезней и изменения климата. Чтобы увидеть, могут ли за этой тенденцией стоять изменения в микоризе, мы открыли «черный ящик» почвы. Процессы, происходящие в почве и корнях, часто игнорируются, предполагаются или моделируются, потому что их непосредственное изучение сложно, но крайне важно для оценки функционирования дерева.
Основной вывод исследования заключается в том, что европейские пределы загрязнения могут быть установлены слишком высокими. В Северной Америке пределы установлены намного ниже, и теперь у нас есть убедительные доказательства того, что они должны быть одинаковыми в Европе. Например, нынешние европейские лимиты азота, возможно, придется сократить вдвое. Наши деревья в Европе не более устойчивы, чем деревья в Северной Америке, просто их грибы страдают больше».
Команда обнаружила, что характеристики дерева (виды и состояние питательных веществ) и местные условия окружающей среды (атмосферное загрязнение и переменные почвы) были наиболее важными предикторами того, какие виды микоризных грибов будут присутствовать и их численность.
Минералы, такие как азот и фосфор, необходимы для жизни, но в достаточно высоких концентрациях могут быть разрушительными, действуя как загрязняющие вещества, а не питательные вещества. Новое исследование выявило «пороги» этих элементов - концентрации, выше которых меняется сообщество микоризы.
Некоторые микоризные грибы проигрывают тем, которые более устойчивы к загрязнению, например, видам, которые могут использовать избыток азота от загрязнения воздуха.
Эти изменения экосистемы могут негативно сказаться на здоровье деревьев. Например, команда предполагает, что некоторые изменения в сообществе приводят к появлению большего количества «паразитических» микориз: тех, которые поглощают углерод, но мало возвращают в виде питательных веществ.
Исследователи говорят, что эти первые крупномасштабные результаты следует использовать для разработки новых углубленных исследований связи между загрязнением, почвой, микоризой, ростом и здоровьем деревьев.
Первый автор доктор Ситсе ван дер Линде, который работал в Imperial и Kew Gardens во время этого исследования, сказал: «Исследование поднимает много новых вопросов о здоровье деревьев и микоризном разнообразии. Например, мы обнаружили, что, хотя микориза более специализирована чем ожидалось - т.е. большинство видов будут ассоциироваться только с определенными типами деревьев - специальные грибы также были менее приспособлены к изменяющимся условиям».
Доктор Лаура М. Суз, руководитель исследований в области микологии в Kew Gardens, сказала: «Пороговые значения, обнаруженные в этом исследовании, должны повлиять на то, как мы управляем нашими лесами. грибы и леса по всему континенту, а также разработать новые системы мониторинга грибков, используя это исследование в качестве первого в истории подземного базового уровня для непосредственного тестирования крупномасштабных факторов изменений».
Д-р Бидартондо добавил: «Теперь мы также можем глубже исследовать новые вопросы. Например, мы не ожидали, что уровни калия повлияют на микоризу так сильно, как они это сделали, но теперь мы можем попытаться определить, почему это и какое влияние уровень калия оказывает на наши леса».