Модельный эксперимент помог определить механизмы, с помощью которых инвазивные виды растений успешно закрепляются на новых территориях: это ускоренный набор наземной биомассы, ее возврат в почву и микробная минерализация, а также возможность фиксации азота и увеличение микробной биомассы в ризосфере. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science, благодаря этим особенностям древесные инвазивные азотфиксаторы (в частности — серебристая акация) обладают прекрасным потенциалом для рекультивации территорий и борьбы с климатическими изменениями.
Известно, что инвазии растительных видов трансформируют экосистемы по всей планете, а следовательно, оказывают влияние на углеродный цикл, и поэтому могут оказаться полезными (или, напротив, опасными) в контексте климатических изменений. Так, ученые уже связали их биогеохимическую роль с ускоренным набором биомассы и ее возвратом в почву.
Однако, исследований количественных характеристик этих процессов было очень мало, а такие аспекты, как изменение микробиома в ризосфере, влияние на азотфиксацию и минерализацию органического вещества, биотические взаимодействия с травоядными животными и вовсе были практически обделены вниманием ученых. Между тем важно понять особенности биогеохимических круговоротов, в которые вовлечены инвазивные виды, чтобы понять, как с ними бороться, или же как и где применять их во благо.
Ученые под руководством Лорен Уоллер (Lauren Waller) из Университета Линкольна исследовали потоки вещества и циклы элементов, которые меняются под влиянием инвазивных видов в экосистемах Новой Зеландии. Для этого они провели модельный эксперимент, создав 160 контролируемых экосистем, в которых произрастали в разном соотношении 20 инвазивных и 19 местных видов — среди них были как древесные, так и травянистые, причем среди инвазивных были и азотфиксаторы, редкие для новозеландской флоры.
Каждое сообщество было реализовано как мезокосм (искусственно контролируемая экосистема) в емкости объемом 125 литров. Предварительно растения каждого вида отбирали в естественной среде вместе с окружающей их корни нативной почвой и выращивали в десятилитровых емкостях в течение 9-10 месяцев, чтобы убедиться в сохранности видоспецифичной почвенной биоты, сопровождающей каждое растение. В горшки были добавлены популяции травоядных беспозвоночных, бактерии, грибы, оомицеты и нематоды, чтобы моделировать важные экологические гильдии. Все мезокосмы были запечатаны в металлическую сетку с мелкими ячейками, чтобы удержать выбранных для эксперимента беспозвоночных и не допустить проникновения других.
В каждой модельной системе измерялись следующие параметры: надземная и подземная биомассы растений, биомассы почвенных бактерий, микоризных грибов и травоядных животных, почвенное дыхание, количество органического вещества почвы и скорость минерализации органических остатков. У растений также фиксировали площади листовых пластин, длины корней и скорости роста надземной и подземной биомассы.
Мезокосмы, в которых продуцентами были инвазивные виды, характеризовались более высокими соотношением азота к углероду (p<0,05) и скоростью почвенного дыхания (p<0,001). Листья инвазивных растений имели бо́льшую площадь (p<0,001), и в целом такие растения вырастали в 2,5 раза быстрее местных (p<0,0001), достигая бо́льшей биомассы (р <0,006). За этим следовало увеличение микробной биомассы (р <0,006) и биомассы травоядных (р<0,001), а также рост скорости минерализации органических остатков. Впрочем, с развитием видоспецифичной микробиоты скорость разложения падала, и углерод начинал накапливаться в почве.
Все это свидетельствует об интенсификации круговорота углерода и построении эффективных межбиотических связей. Во многих случаях это может нанести вред экосистеме — успешное растение устранит конкурентов, снизит биологическое разнообразие и сделает экосистему более примитивной и менее устойчивой к различного рода нарушениям. Однако, иногда столько высокую продуктивность можно использовать во благо, и особенно это касается растений, которые вступают в симбиоз с азотфиксирующими почвенными бактериями — ведь в Новой Зеландии, например, совсем немного нативных видов, способных к азотфиксации, а этот процесс усиливает поглощение углерода с ростом биомассы.
Авторы исследования пришли к выводу, что акация серебристая (Acacia dealbata) — очень полезный для Новой Зеландии инвазивный вид. Будучи древесным азотфиксатором, это растение сможет активно поглощать углекислый газ из воздуха и проявит себя как важный элемент зеленых насаждений, смягчающих воздействие антропогенного изменения климата.
Далеко не из всех инвазивных видов можно извлечь пользу — многие из них становятся вредителями или вызывают у людей аллергию, и бороться с их нашествием на новые территории очень трудно. Больше об этом можно узнать из теста «Иммигранты или интервенты».
Марина Попова