Изменения в экосистемах в ответ на глобальные изменения часто бывают нелинейными. Экологические пороги — это точки перегиба, при которых небольшие изменения условий окружающей среды могут оказать непропорциональное влияние на биоразнообразие и функционирование экосистемы. Такие климатические изменения, как засуха, повышение температуры и т. д., вызваны деятельностью человека, включая интенсификацию землепользования.
Понимание и определение этих экологических порогов
Понимание и определение этих экологических порогов, требующих сложных данных, позволило бы нам предвидеть негативные изменения в экосистемах и принимать меры до их ухудшения.
Луга — одни из наиболее угрожаемых экосистем
Луга богаты биоразнообразием и предоставляют многочисленные экосистемные услуги, такие как связывание углерода, фильтрация воды и выпас скота. Однако они являются одними из наиболее угрожаемых экосистем в результате интенсификации землепользования.
Исследователи из INRAE и CNRS проанализировали данные сети из 150 умеренных лугов по всей Германии, собранные в период с 2008 по 2020 год.
Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution
Для выявления экологических порогов лугов исследователи проанализировали ряд функциональных признаков в экосистемах, то есть характеристик растений, которые определяют, как виды реагируют на окружающую среду, взаимодействуют с ней и влияют на неё (например, размер листьев, скорость роста и т. д.).
Результаты исследования
Исследование обнаружило экологические пороги, связанные с внесением азотных удобрений, которые резко изменяют экологический баланс лугов. Первый порог возникает, когда фермеры начинают удобрять луга.
По сравнению с неудобряемыми естественными лугами (на основе изучения 50 участков) на удобряемых лугах наблюдается снижение биоразнообразия, однако экосистема остаётся стабильной и продуктивной. Однако при уровне внесения удобрений более 80 кг азота на гектар в год (наблюдалось на другом 50 участках) исследователи обнаружили критическое изменение: виды утратили способность сосуществовать.
В результате на лугах стали преобладать несколько видов со сходными функциональными признаками — такие как кормовые травы, например, райграс, и обычные сорняки, например, одуванчик.
Исследование также выявило порог, за которым интенсификация сельскохозяйственной практики больше не способствует увеличению биомассы растений. Вместо этого это приводит к повышенному вымыванию питательных веществ из-за усиления инфильтрации воды и делает сельскохозяйственные культуры более уязвимыми к климатическим стрессам, особенно к засухе.
Естественные луга, с другой стороны, поддерживают большое разнообразие растений с различными признаками, повышая их устойчивость к колебаниям погоды. Кроме того, эти луга предоставляют жизненно важные экологические услуги, включая связывание углерода, поддержку опылителей и поддержание плодородия почвы.
Измерение функциональных признаков на лугах позволяет исследователям оценить их способность поддерживать высокое разнообразие видов растений и принимать превентивные меры при первых признаках снижения экосистемных услуг.
Кроме того, выявление экологических порогов на лугах, где внесение удобрений превышает 80 кг азота на гектар в год, может помочь скорректировать сельскохозяйственные практики для лучшего баланса между производительностью, биоразнообразием и экологической устойчивостью лугов.
Подход, предложенный в этом исследовании, может быть применён и к другим экологическим проблемам, таким как эвтрофикация озёр, рыболовство, управление лесами или опустынивание, чтобы помочь предотвратить критические сдвиги в экосистемах и обеспечить своевременное вмешательство до того, как они начнут деградировать.