Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Plants, показывает, что голодные насекомые, питающиеся растениями, могут ограничивать способность лесов поглощать повышенные уровни углекислого газа в атмосфере, снижая их способность замедлять изменение климата, вызванное деятельностью человека.
Это важно, поскольку модели изменения климата обычно не учитывают изменения в деятельности насекомых в экосистеме, — говорит Ричард Линдрот, профессор экологии Университета Висконсин-Мэдисон и руководитель исследования.
Исследования показывают, что пора добавить в модели насекомых.
Углекислый газ обычно заставляет растения расти быстрее и более эффективно использовать питательные вещества. Но количество повреждений, вызванных жуками-листоедами, в исследовании почти удвоилось в условиях высокого содержания углекислого газа, что, по оценкам, привело к потере 70 г связывающей углерод биомассы на квадратный метр в год.
«Впервые в таком масштабе было показано, что насекомые нарушают способность лесов поглощать углекислый газ», — говорит Линдрот.
Кроме того, по мере увеличения объемов кормления все больше питательных веществ перемещалось из полога в лесную подстилку в виде фекалий насекомых и обрывков листьев, которые смешивались с почвой и, вероятно, изменяли профиль питательных веществ в лесу.
«Насекомые жуют листья и испускают их остатки, поэтому они меняют время круговорота питательных веществ, а также их качество», — говорит Линдрот.
Джон Кутюр, бывший аспирант лаборатории Линдрота и ведущий автор исследования, провел три года со своей командой, изучая влияние только повышенного содержания углекислого газа, повышенного содержания озона (который очень токсичен для растений) и повышенных уровней обоих сочетание газов на осиновых и березовых насаждениях, которые когда-то были одной из крупнейших смоделированных экосистем в мире, — эксперимент по обогащению двуокиси углерода и озона в свободном воздухе в Аспене (Aspen FACE), расположенный недалеко от Райнлендера, штат Висконсин.
В отличие от теплицы или атмосферной камеры, площадка FACE (в настоящее время выведенная из эксплуатации) представляла собой огромную экспериментальную площадку под открытым небом, которая позволяла деревьям расти в естественных условиях, таких как естественная почва, солнечный свет и осадки.
Единственными искусственными условиями были те, которыми манипулировали экспериментально.
Участок состоял из дюжины деревьев, растущих на участках диаметром 30 метров, окруженных сетью труб из ПВХ, предназначенных для отвода газов в окружающую среду.
Они подверглись воздействию углекислого газа и озона на уровнях, прогнозируемых на 2050 год, хотя Линдрот говорит, что изученный уровень углекислого газа в 560 частей на миллион, вероятно, слишком низкий.
Деревья были посажены как молодые саженцы в середине 1990-х годов, и к тому времени, когда Кутюр собрал данные для исследования с 2006 по 2008 год, они выросли, чтобы напоминать любое количество нарушенных лесных насаждений, обнаруженных по всему Висконсину.
Кутюр и его команда прошлись по каждому участку, срезая листья с навеса, используя ножницы на концах жердей секатора или с строительных лесов в верхней части навеса. Они также поставили корзины для белья — корзины для белья, выстланные простынями — для сбора обрывков листьев, сброшенных грязными жующими гусеницами и другими жуками, обедающими в навесе, и для сбора их фекального помета.
Десятки тысяч листьев и бесчисленное количество корзин из травы позже, Couture измерил площадь листьев, потребляемую насекомыми на каждом участке, и просеял траву и пищевой помет в корзинах, чтобы оценить, сколько жуки поедают, чтобы измерить количество питательных веществ, покидающих деревья через их помет, и для оценки потери биомассы деревьев.
Почему насекомые будут больше есть в лесу, богатом углекислым газом, отчасти вопрос химии.
Поскольку углекислый газ является ограничивающим ресурсом для роста растений, высокие уровни газа изменяют способ использования деревьями других ресурсов, таких как азот, что обычно приводит к менее питательным растениям.
«Это как кусок чудесного хлеба по сравнению с ломтиком высокоплотного, богатого белком хлеба для выпечки; в хлебе для выпечки намного больше белка, чем в белом хлебе», — говорит Кутюр. «У насекомых есть базовый уровень питательных веществ, необходимых им для роста, и чтобы достичь этого, они могут выбрать либо есть пищу с более высоким содержанием питательных веществ — к сожалению, у насекомых не всегда такой выбор — либо есть больше."
В целом, команда обнаружила, что участки с высоким содержанием озона менее благоприятны для насекомых, что снижает их поведение при жевании и приводит к меньшим потерям биомассы.
На основе полученных результатов исследователи создали модели, позволяющие предсказать, что может произойти в лесах при изменении условий окружающей среды.
«Большой вопрос в том, будут ли северные леса расти быстрее при повышенном содержании углекислого газа?"говорит Линдрот. «Углекислый газ — субстрат для фотосинтеза.
Он превращается в сахара, которые затем становятся биомассой растений. Будут ли деревья поглощать больше углекислого газа и тем самым уменьшать его увеличение в атмосфере?"
Поскольку люди продолжают вносить больше углекислого газа в атмосферу Земли, ответ должен быть положительным, поскольку деревья действуют как губки для парниковых газов.
Но оказывается, что очень голодные гусеницы и их собратья-насекомые — в своем собственном поиске пищи в среде с повышенным содержанием углекислого газа — могут ограничивать этот рост и снижать способность лесов замедлять потепление климата.