Способность тропических лесов расти и накапливать углерод частично ограничена травоядностью. Насекомые и другие животные предпочитают питаться азотфиксирующими деревьями, что снижает эффективность фиксаторов и количество азота, которое они обеспечивают. Так сообщается о новой статье, опубликованной на этой неделе в журнале Nature, в которой рекомендуется учитывать ограничения травоядности на азотфиксирующие деревья в климатических моделях и прогнозах поглощения углерода тропическими лесами.

Сотрудничая с почвенными микробами, азотфиксирующие деревья превращают атмосферный газообразный азот в форму азота, доступную растениям. Когда фиксаторы сбрасывают листья, они обогащают почву азотом, принося пользу близлежащим растениям. В бедных азотом тропических лесах азотфиксирующие деревья являются основным источником поступления нового азота в почву. Но они также редки.

Сара Баттерман, эколог тропических лесов из Института изучения экосистем Кэри и соавтор статьи, объясняет: "Рост деревьев во многих тропических лесах ограничен недостатком азота. Учитывая существенную пользу азота для этих лесов, долгое время оставалось загадкой, почему азотфиксирующие деревья составляют всего 5-15% деревьев. Мы подозревали, что травоядные животные могут быть предпочтительно нацелены на фиксаторы из-за их питательных, богатых азотом листьев ".

Вместе с коллегами Баттерман решил выяснить, является ли рацион насекомых и других травоядных ограничивающим фактором. В их исследовании, состоящем из трех частей, рассматривалось: (1) испытывали ли азотфиксирующие деревья больше травоядности, чем нефиксирующие, (2) стоимость углерода для травоядных и (3) было ли травоядность вызвана предпочтением травоядных листьев, богатых азотом.

Полевые работы проводились на острове Барро-Колорадо в Панаме на участке площадью 50 гектаров, покрытом зрелым тропическим низменным лесом. Были оценены саженцы деревьев, стадия жизни, уязвимая для травоядных. Были проанализированы листья 23 видов-фиксаторов и 20 видов, не являющихся фиксаторами, представляющих 350 саженцев и 1626 листьев. Травоядность зрелых листьев определялась количественно путем сканирования листьев и оценки площади поврежденных листьев. Для подмножества деревьев активная травоядность отслеживалась в течение трехмесячного периода.

Углеродные затраты травоядных были определены путем анализа затрат на восстановление утраченной ткани листьев и того, как повреждение листьев снижает усвоение углерода посредством фотосинтеза. Характеристики листьев также были собраны по видам и включали: концентрацию питательных веществ, физическую защиту, прочность листьев и химическое сходство.

В целом, фиксирующие испытывали на 26% больше травоядности, чем не фиксирующие. Их листья подвергались нападению на 21% чаще, чем нефиксирующие, что согласуется с тем, что насекомые и другие животные преимущественно нападали на них. У саженцев-фиксаторов была большая доля потерянной площади листьев, чем у нефиксаторов, но это число было меньше, чем ожидалось, что указывает на то, что фиксаторы разработали стратегии защиты, чтобы предотвратить поедание травоядными животными больших площадей их листьев.

Фиксирующие также испытывают на 34% большие альтернативные затраты углерода из-за травоядности, чем нефиксирующие, что превышает метаболические затраты на фиксацию азота. Неожиданно было обнаружено, что высокая травоядность фиксаторов не обусловлена высоким содержанием азота в листьях. Авторы отмечают, что единственной чертой, которая последовательно объясняла все показатели травоядности, была сама черта фиксации, которая объясняла до 24% вариаций, предполагая, что высокая травоядность и черта фиксации напрямую связаны эволюционно.

Ведущий автор Уилл Баркер из Университета Лидса объясняет: "Наши результаты показывают, что азотфиксирующие вещества несут более высокие затраты на растениеводство, чем нефиксирующие, и что травоядность может быть достаточно существенной, чтобы ограничить успех азотфиксирующих деревьев и их способность компенсировать дефицит азота в тропических почвах. Это имеет управленческие последствия для смесей видов, используемых в усилиях по восстановлению лесов".

Баттерман заключает: "Зрелые и восстанавливающиеся тропические леса являются крупным и важным поглотителем углерода, однако этот поглотитель ослабевает из-за изменения климата и потенциального ограничения по азоту. Широко распространенная стоимость травоядных для азотфиксаторов должна быть включена в модели изменения климата как ограничение симбиотической фиксации азота и будущего роста тропических лесов".