Сотрудники Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино) вместе с сотрудниками биологического факультета и факультете почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова изучили азотные и углеродные циклы при разложении древесных остатков ели обыкновенной. Оказалось, пик активности азотфиксирующей микробиоты приходится на начальной стадии разложения, а максимум микробного дыхания и, как следствие, потоков CO₂ в атмосферу приходится на поздние стадии разложения валежа ели. Исследование было выполнено при поддержке Минобрнауки России в рамках национального проекта «Наука и университеты», его результаты опубликованы в журнале Eurasian Soil Science.

Многие из экологических практик, считавшихся передовыми в XX веке, сейчас признают спорными. В частности, чилийская программа восстановления леса оказалась малоэффективной с экономической точки зрения и привела к снижению биоразнообразия. Для разработки грамотных экологических практик необходимо фундаментально изучать биогеохимические циклы основных элементов-биогенов и особенно – углерода.

Крупные древесные остатки – один из трех крупнейших резервуаров углерода в таежных экосистемах, наряду с почвенным органическим веществом и древостоем. Недоучет потока СО₂ в атмосферу при разложении древесины, может привести к завышенным оценкам долговременного связывания атмосферного СО₂ в наземных экосистемах и прогнозах по изменению климата.

В разложении древесины ведущую роль играют грибы, которым существенно помогают бактерии и беспозвоночные, при этом часть углерода и других биогенных элементов закрепляется в их клетках, а часть выделяется во внешнюю среду, в первую очередь в виде углекислого газа в атмосферу. Процесс разложения древесины растянут на десятилетия, так как целлюлоза и особенно лигнин очень трудно разрушаемые сложные полимерные соединения. Экологи выделяют 5 стадий разложения древесины, которые отражают не только преобразование углеродсодержащих соединений, но и биогеохимические циклы других элементов. От микробиологических превращений азота зависит разложение соединений углерода – и изучение этих процессов в связке важно для понимания функционирования экосистемы. Эти процессы, в свою очередь, зависят от множества климатических факторов и могут существенно отличаться в разных природных зонах.

Коллектив российских исследователей поставил задачу провести сравнительный анализ активности выделения CO₂, микробной биомассы, ее физиологического состояния, скоростей денитрификации и азотфиксации, а также химического состава древесных остатков в зависимости от стадий их разложения. Предполагали, что это даст новую информацию о закономерностях функционирования сообщества деструкторов и интенсивности разложения древесных остатков. Для этого учёные отобрали образцы ели обыкновенной (Picea abies), доминирующей в тайге древесной породы. Для этого они образцы с экспериментальных площадей, заложенных в Центрально-лесном государственном биосферном заповеднике (Тверская область), а в лаборатории провели химические и микробиологические тесты.

Результаты показали, что наибольшие изменения происходят на границе между стадиями разложения III и IV. Основные выбросы CO₂ тоже связаны с этими стадиями. Максимальная активность микробиоты по фиксации атмосферного азота наблюдается на стадии II, в то время как наибольшее количество биомассы микроорганизмов формируется на стадии распада IV.

Полученные данные позволяют прогнозировать, когда после ветровалов и вырубок выбросы СО₂ при разложении крупных древесных остатков в южной тайге будут максимальны. Если период деструкции крупного валежа ели в этой подзоне протекает в течение около 80–100 лет, то максимальный пик выделения углекислого газа будет приходиться на 30–50 годы после начала разложения древесины, то есть экологический эффект оказывается сильно отложенным во времени. Это необходимо учитывать при моделировании поступления парниковых газов в атмосферу и углеродных балансов в таежной экосистеме.

«Дальнейшей задачей будет изучить как на основе классических методов посева на питательные среды, полевых сборов плодовых тел грибов, так и с применением современных молекулярно-генетических подходов высокопроизводительного секвенирования ДНК из природных образцов динамику грибных и бактериальных сообществ при разложении древесных остатков ели в южной тайге, – пояснил один из авторов исследования, заведующий кафедрой микологии и альгологии биологического факультета МГУ Александр Кураков. – Это даст возможность глубже понять взаимосвязь изменения активности биогеохимических процессов с видовым и трофическим разнообразием микро- и микобиоты в природных местообитаниях».

В исследовании также принимали участие сотрудники Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино).

Источник: МГУ имени М. В. Ломоносова.