Тропические леса процветают за счет естественных азотных удобрений, закачиваемых в почву деревьями семейства бобовых, разнообразной группы, в которую входят бобы и горох, сообщают исследователи в журнале Nature. Исследователи изучили вторичные леса Панамы, которые использовались в сельском хозяйстве 5–300 лет назад. Присутствие бобовых деревьев обеспечило быстрый рост лесов в первые 12 лет восстановления и, таким образом, существенный «сток» углерода или его способность накапливать углерод. Участки земли, которые всего 12 лет назад были пастбищами, уже накопили до 40 процентов углерода, обнаруженного в полностью спелых лесах.
Исследователи сообщили, что бобовые дали более половины азота, необходимого для этого.Эти молодые лесные массивы были способны хранить 50 метрических тонн углерода на гектар (2,47 акра), что соответствует примерно 185 тоннам углекислого газа или выхлопу примерно 21 285 галлонов бензина.
Такое количество топлива могло бы увести среднему автомобилю в Соединенных Штатах более полумиллиона миль. Хотя производство азотных удобрений бобовыми в последующие годы уменьшилось, эти виды, тем не менее, поглощали углерод со скоростью до девяти раз быстрее, чем деревья, не относящиеся к бобовым.
Секрет бобовых — это процесс, известный как фиксация азота, который осуществляется во взаимодействии с инфекционными бактериями, известными как ризобии, которые обитают в маленьких стручках внутри корней дерева, известных как корневые клубеньки. Как питательное вещество, азот необходим для роста растений, но тропическая почва бедна азотом и на удивление не питательна для деревьев. Бобовые используют секреты, чтобы побудить ризобий, живущих в почве, заразить их корни, а бактерии посылают сигнал, чтобы инициировать рост клубеньков. Ризобии перемещаются в корневые клетки растения-хозяина и — в обмен на углеводы, производимые деревом в процессе фотосинтеза, — преобразуют азот воздуха в форму удобрений, в которой нуждаются растения.
Избыток азота из бобовых в конечном итоге создает круговорот азота, который приносит пользу соседним деревьям.По словам второго автора, Ларса Хедина, профессора экологии и эволюционной биологии и Принстонского института окружающей среды, выращивая более крупные и здоровые деревья, которые поглощают больше углерода, бобовые приобретают новое значение, когда речь идет о влиянии на углекислый газ в атмосфере.
Ученые недавно подсчитали, сколько углерода поглощают леса в целом, и в недавней статье говорится, что с 1990 по 2007 год леса мира потребили 2,4 квадриллиона тонн углерода.«Тропические леса являются огромным поглотителем углерода.
Если бы деревья могли просто расти и накапливать углерод, вы могли бы быстро поглотить его, но если им не хватает азота, они не поглощают углерод», — сказал Хедин, добавив, что азот — фиксация деревьев не является обычным явлением в лесах с умеренным климатом, например, в большей части Северной Америки и Европы.«Бобовые — это группа растений, которые выполняют ценную функцию, но никто не знал, насколько они помогают отводить углерод», — сказал Хедин. «Эта работа показывает, что они могут иметь решающее значение для поглотителя углерода, и что уровень биоразнообразия в тропических лесах может определять размер поглотителя углерода».Первый автор Сара Баттерман, научный сотрудник исследовательской группы Хедина, сказала, что бобовые или азотфиксаторы особенно важны для лесов, восстанавливающихся после сельскохозяйственного использования, лесозаготовок, пожаров или другой деятельности человека. Исследователи изучили 16 лесных участков, которые раньше были пастбищами и обслуживаются Смитсоновским институтом тропических исследований (STRI).
Деградация лесов, однако, сопровождается потерей биоразнообразия, что также может повлиять на азотфиксаторы, хотя бобовые культуры не являются особо желанными или угрожаемыми, сказал Баттерман. Если количество и разнообразие азотфиксаторов резко упадут, то здоровье окружающего леса, вероятно, будет затронуто в течение очень долгого времени.
«Это исследование показывает, что в этих нарушенных областях есть важное место для фиксации азота», — сказал Баттерман. «Фиксаторы азота являются компонентом биоразнообразия, и они действительно важны для функционирования этих лесов, но мы недостаточно знаем о том, как эта ценная группа деревьев влияет на леса. В то время как некоторые виды могут процветать в результате нарушения, другие находятся в старых лесах. где они могут быть чувствительны к человеческой деятельности ".Исследователи обнаружили, что девять изученных ими видов бобовых не вносили азот в окружающие деревья одновременно.
Некоторые виды были более активны в самых молодых лесах, другие — в лесах среднего возраста, а третьи виды начали действовать в основном в 300-летних участках, хотя и не в такой степени, как бобовые на более молодых участках. Исследователи обнаружили, что отдельные деревья уменьшили свою фиксацию по мере накопления азота в почве, а количество бобовых, активно фиксирующих азот, упало с 71 до 23 процентов между 12- и 80-летними лесами.«Таким образом, разнообразие видов, присутствующих в лесу, действительно имеет решающее значение, поскольку оно обеспечивает возможность фиксации во все различные периоды восстановления леса, когда это необходимо», — сказал Баттерман. «Если вы потеряете один из этих видов, и он окажется важным в течение определенного периода времени, фиксация может резко упасть».
Такие детали могут улучшить то, что ученые знают о будущем изменении климата, сказал Баттерман. Компьютерные модели, которые рассчитывают глобальный баланс атмосферного углекислого газа, также должны учитывать поглотители, компенсирующие углерод, такие как тропические леса.
И если леса поглощают углерод по-разному в зависимости от изобилия и разнообразия бобовых, модели должны отражать это изменение, сказала она. Баттерман в настоящее время работает с доцентом принстонских наук о Земле Дэвидом Медвиги над методом учета фиксации азота в моделях.
«Это открытие действительно важно, потому что теперь другие исследователи могут использовать эту роль фиксации азота в своих моделях и улучшить прогнозы поглощения углерода», — сказал Баттерман.Баттерман и Хедин работали с Мишелем ван Брейгелем, докторантом STRI; Йоханнес Рансейн, докторант Копенгагенского университета в области наук о Земле и управления природными ресурсами; Дилан Крейвен, докторант Йельского университета в области лесоводства и экологических исследований; и Джефферсон Холл, штатный научный сотрудник STRI и руководитель проекта института «Агуа Салуд», который поддерживает и изучает участки, изученные исследователями.