Тропические леса хранят треть мирового углерода в древесине и почве. Однако их будущее как поглотителя углерода остается неопределенным. Ученые уже давно задаются вопросом, будут ли бедные питательными веществами тропические почвы ограничивать способность зрелых и восстанавливающихся лесов процветать.

Исследование , опубликованное в журнале «Новый фитолог» , дает обнадеживающий ответ, предполагая, что у лесов есть гибкие стратегии, которые помогают им преодолеть проблему нехватки питательных веществ.

«Возможно, нам не придется так сильно об этом беспокоиться», — заключила старший автор Сара Баттерман, эколог тропических лесов из Института экосистемных исследований Кэри. «Благодаря этим гибким стратегиям деревья могут быть способны поддерживать поглотитель углерода в будущем, даже при ограниченности питательных веществ. Наши результаты подтверждают потенциал тропического лесовосстановления и сохранения нетронутых лесов как долгосрочного климатического решения».

Беспрецедентный эксперимент

Повышение уровня углекислого газа в атмосфере может способствовать росту тропических лесов , облегчая фотосинтез. Однако ученые обеспокоены тем, что нехватка некоторых питательных веществ, особенно фосфора , ограничит рост лесов, сокращая потенциальный поглотитель углерода. Почвы в тропиках, как правило, бедны фосфором из-за выветривания, и ожидается, что растущие темпы возмущения, а также повышение уровня CO ₂ сделают почву еще более дефицитом питательных веществ.

В крупнейшем эксперименте такого рода команда изучила, как леса разного возраста корректируют две стратегии получения питательных веществ, используемые для доступа к фосфору: одна стратегия основана на ферменте, называемом фосфатазой , который секретируется корнями некоторых деревьев, а другая использует микоризу. грибы . Эти грибы живут в почве и могут сотрудничать с деревьями, чтобы отслеживать и выделять питательные вещества в почву. Обе стратегии сопряжены со значительными затратами углерода и азота для дерева.

Ученые под руководством Мишель Вонг, бывшего постдока Института Кэри, а в настоящее время доцента Йельского университета, хотели узнать, как леса разного возраста корректируют свои стратегии приобретения питательных веществ в ответ на изменение уровня азота и фосфора в почве.

«Хотя подземные процессы очень важны для функционирования экосистемы, они плохо изучены по сравнению с надземными процессами, потому что их труднее изучать», — сказал Вонг.

Полевой эксперимент, расположенный в низменных тропических влажных лесах Панамы, охватывал обширную территорию. Его 76 участков, раскинувшихся на 16 квадратных километрах горной местности, включают в себя лесные массивы, начиная от недавно заброшенных пастбищ и заканчивая зрелыми 600-летними насаждениями. Некоторые участки оставляли в покое, другие удобряли азотом, фосфором или тем и другим.

В течение года команда измеряла активность фосфатазы и микоризных грибов на участках, чтобы определить гибкость двух стратегий и определить, по-разному ли леса инвестируют в стратегии по мере старения и изменения ограничений в питательных веществах.

Решение климатической загадки

Леса разного возраста по-разному реагировали на добавки питательных веществ, показывая, что «деревья активно реагируют на питательную среду», — сказал Вонг.

В молодых лесах, где азот, как правило, является наиболее ограничивающим питательным веществом, добавление фосфора не изменило активность фосфатазы, а добавление азота — изменило. При наличии достаточного количества азота деревья могли бы инвестировать в стратегии получения большего количества фосфора.

В старых лесах активность фосфатазы увеличивается в ответ на внесение фосфорных удобрений, а это означает, что ограничение азота исчезает по мере взросления леса, а затем становится ограниченным в фосфоре. В своей предыдущей работе Баттерман выявила тенденцию к ограничению азота в молодых лесах, которая со временем уменьшается.

Фосфатаза оказывается очень гибкой стратегией поглощения питательных веществ: ее уровень увеличивается вдвое в ответ на азот и снижается вдвое в ответ на фосфор в пределах каждого возрастного класса леса. Реакция микоризной колонизации, напротив, была менее последовательной и предсказуемой.

Хотя результаты обнадеживают, Баттерман предупреждает: «Мы до сих пор не знаем, достаточна ли гибкость, чтобы получать все питательные вещества, необходимые лесам в будущем». Например, фосфатаза расщепляет форму фосфора, которая в будущем может стать более дефицитной, поэтому ее полезность может быть ограничена. Тем не менее, «может существовать буферная способность, позволяющая смягчить дефицит питательных веществ, по крайней мере на некоторое время», — сказал Баттерман.

Вонг добавляет, что способность корректировать стратегии может означать, что леса будут иметь «большую устойчивость в способности восстанавливаться после изменений в землепользовании или поддерживать продуктивность в мире, который становится все более богатым углеродом».

Информирование о более разумных усилиях по лесовосстановлению

Для управляющих лесами и организаций, ведущих усилия по восстановлению лесов, полученные результаты дают несколько практических советов: «Мы должны учитывать ограничение питательных веществ при лесовосстановлении», — сказал Баттерман. «Один из способов — убедиться, что мы используем разнообразные деревья с разными стратегиями получения фосфора. Мы также должны убедиться, что мы используем деревья, адаптированные к уровню фосфора на каждом участке».

В настоящее время большинство усилий по восстановлению лесов не обеспечивают такого уровня заботы — речь идет скорее о быстрой высадке саженцев в землю и использовании любых доступных видов. Тем не менее, Баттерман с оптимизмом смотрит на использование лесов в качестве естественного решения проблемы климата.

«Мы можем реализовать это немедленно, это недорого, и у этого есть много дополнительных преимуществ, таких как защита водосборов, увеличение биоразнообразия и защита видов, которые важны для коренных народов. Но это нужно делать правильно. точка, в которой наука может направлять процесс и гарантировать, что углерод будет там еще долгое время».