Азот, важное питательное вещество для растений, легче всего усваивается растениями в аммонийной и нитратной формах. Из-за очень низкого уровня нитратов в почве арктической тундры ученые предположили, что растения в этом биоме не используют нитраты. Но новое исследование, проведенное в соавторстве с четырьмя учеными Центра экосистем морской биологической лаборатории (MBL), бросает вызов этому представлению. Исследование имеет важные последствия для прогнозирования того, какие виды арктических растений будут доминировать по мере потепления климата, а также того, сколько углерода могут хранить экосистемы тундры.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что растения в кочковой тундре на севере Аляски поглощают нитраты со скоростью, сравнимой с растительностью в экосистемах, богатых нитратами. Нитраты составляли около одной трети азота, используемого растениями тундры. Некоторые из исследованных видов, такие как Polygonum bistorta, розовое цветковое растение, поглощали нитраты с еще большей скоростью, чем виды, обитающие в низких широтах с высоким содержанием нитратов.
Выводы важны в контексте антропогенного изменения климата, которое, как ожидается, повысит уровень азота и, возможно, нитратов в почве тундры. По мере потепления климата микробные процессы, образующие нитраты, могут ускориться. Кроме того, вечная мерзлота - слой почвы под поверхностью, который остается замороженным в течение всего года, - может оттаять, добавляя азота в экосистему. Часть этого азота может быть преобразована в нитраты.
Кочкообразная тундра покрывает большую часть северной Аляски и в настоящее время состоит из осоки, травянистого напочвенного покрова и древесных кустарников (примерно треть покрытия для каждого). Продуктивность ландшафта ограничивается доступностью азота. Если избавиться от этого ограничения, древесные кустарники, такие как береза и ива, могут стать более доминирующими и затенять другие растения по мере потепления климата. Открытие того факта, что нитраты являются важным источником азота для растений тундры, необходимо учесть в будущих прогнозах видового состава.
Поскольку питательные вещества начинают циркулировать быстрее, а растительность начинает расти быстрее, это должно стимулировать всю растительность в тундре. Через некоторое время древесные виды должны превзойти те, у которых нет стеблей, которые не могут стоять так высоко. Таким образом, вы, как правило, теряете осоки, мхи и лишайники», - объяснил соавтор исследования Эд Растеттер, старший научный сотрудник Центра экосистем MBL и главный исследователь Арктического длинного исследования Национального научного фонда. - Участок экологических исследований на озере Тулик, Аляска, где проводилась часть исследования.
Поскольку циклы азота и углерода тесно связаны, открытие команды может также изменить прогнозы хранения или выделения углерода из арктических экосистем по мере потепления климата. Мировая вечная мерзлота заполнена остатками растений и животных, накопленными за тысячи лет, и содержит в два раза больше углерода, чем в настоящее время содержится в атмосфере.
Растеттер подчеркивает, что необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить результаты исследования и лучше понять важность нитратов по сравнению с другими формами азота в экосистемах арктической тундры.