Трансформация соединений азота в системе «почва-микроорганизмы-растения» в альпийских экосистемах Тебердинского заповедника

Актуальность исследования.

Поддерживавшееся длительное время динамическое равновесие в содержании разных форм азота в биосфере начало стремительно меняться в прошлом веке (Умаров и др., 2007). Учёные всё больше сходятся во мнении по вопросу о том, что современные масштабы нарушения круговорота азота могут иметь глобальные последствия, сравнимые с последствиями нарушения круговорота углерода (Глобальная экологическая перспектива., 1999). На пятьдесят пятой сессии Генеральной Ассамблеи ООН, состоявшейся 3 октября 2000 г., в программе действий на XXI век было особо обращено внимание на важность изучения изменений в процессах азотного цикла. В связи с этим повысился интерес к исследованию процессов трансформации соединений азота, в том числе, в экосистемах холодного климата, выступающих в качестве «компаса глобальных перемен».

В настоящее время альпийские экосистемы Кавказа остаются малоизученными, в них практически не проводились работы по изучению сезонной динамики процессов трансформации соединений азота, как результата функционирования системы «почва-микроорганизмы-растения». Большинство исследователей лишь на короткое время посещали высокогорные районы, что не способствовало проведению длительных сезонных исследований. Среди немногочисленных высокогорных стационаров на Кавказе следует отметить стационар Института Ботаники АН Грузии в Казбеги, на котором выполнено большое число работ преимущественно физиолого-экологического направления, но сезонные исследования по биогеохимии азота не проводились. На известном стационаре Института Ботаники Армении «Арагац» и на Юго-Осетинском стационаре БИН, которые в настоящее время прекратили своё существование, также не проводилось сколько-нибудь значимых исследований по динамике трансформации соединений азота в высокогорных экосистемах. Гораздо больше работ по компонентам цикла азота проводится в арктических и субарктических тундровых экосистемах Европы и Северной Америки, которые функционально наиболее близки к высокогорным экосистемам (Hart, Gunther, 1989; Giblin et al., 1991; Fisk et al., 1998 и другие).

Цель работы.

Целью работы было изучение трансформации соединений азота в двух альпийских экосистемах Тебердинского заповедника с использованием метода изотопной метки 15N.

Задачи исследования.

1. Оценить пулы азота и их сезонную динамику в системе «почва-микроорганизмы-растения» в альпийских экосистемах.

2. Оценить временную динамику процессов трансформации соединений азота в горно-луговых альпийских почвах.

3. Установить преимущественные источники азотного питания растений и микроорганизмов.

4. Оценить вклад симбиотической азотфиксации в обеспечение азотного питания бобовых растений в альпийских фитоценозах.

Научная новизна.

Проведенные исследования характеризуют особенности состояния азота в системе «почва-микроорганизмы-растения» в двух распространенных биогеоценозах альпийского пояса Тебердинского заповедника. Впервые в горно-луговых альпийских почвах Северо-Западного Кавказа определены активность и динамика процессов «гросс» трансформации азота с использованием изотопной метки 15К Установлено, что ассимиляция органических соединений азота является дополнительным механизмом повышения доступности азота для некоторых видов альпийских растений с везикулярно-арбускулярной микоризой. Впервые получены прямые доказательства того, что среди растений альпийского пояса Тебердинского заповедника присутствуют виды, отличающиеся по скорости ассимиляции минеральных соединений азота и по предпочтениям разных источников азотного питания. Показано, что симбиотическая азотфиксация адаптирована к экстремальным условиям высокогорий и является важным источником азотного питания бобовых растений альпийских биогеоценозов.

Практическая значимость диссертации.

Полученные результаты могут быть использованы для выработки рекомендаций по оптимизации питания растений при восстановлении высокогорных экосистем, так как многие альпийские и субальпийские территории используются человеком и часто требуют незамедлительной рекультивации. В частности, результаты исследования могу способствовать выработке экстренных мер по восстановлению нарушенных сообществ высокогорий вследствие интенсификации антропогенной деятельности на Кавказе, такой как перевыпас скота, развитие добывающей промышленности, строительство дорог и туннелей, развитие индустрии туризма и спорта включая строительство олимпийских объектов к зимним Олимпийским играм 2014 г.).

Полученные результаты можно использовать в моделях изменения климата и реакции растений на атмосферное загрязнение для прогноза изменений видового состава и продуктивности высокогорных экосистем, а также при проведении комплексного мониторинга окружающей среды.

Благодарности.

Выражаю благодарность своему научному руководителю д.б.н. М. И. Макаровубывшим и нынешним сотрудникам кафедры общего почвоведения к.б.н. A.B. Волкову, к.б.н. Т. Н. Малышевой, И. Е. Ваганову, к.б.н. О. Ю. Гончаровой и к.б.н. Г. В. Матышаку за оказанные внимание и помощь в работезаведующему кафедрой геоботаники биологического факультета МГУ д.б.н., профессору В. Г. Онипченко за предоставленную возможность работать на высокогорном стационаре МГУ «Малая Хатипара" — сотрудникам кафедры системной экологии Свободного Университета Амстердама (Нидерланды) Prof. Dr. J.H.C. Cornelissen и R.S.P. van Logtestijn за предоставленную возможность выполнения изотопных анализов, а также к.б.н. H.A. Судзиловской за ценные консультации по методам математической обработки полученных результатов.