Фактор
Наличие азота (N) является ограничивающим фактором для роста растений в широком диапазоне наземных экосистем во всем мире и ограничивает количество углерода (C), которое может быть ассимилировано и храниться в биосфере суши. В глобальном масштабе биологическая фиксация азота является наиболее важным природным путем для введения ранее инертного азота - газа N2 - в неуправляемые экосистемы.
Азот фиксируется микроорганизмами, известными как диазотрофы, которые могут преобразовывать газообразный азот (N2) в аммиак. Диазотрофы делятся на две группы: симбиотические и свободные. Фиксаторы симбиотического азота обычно встречаются в корневых узлах и живут во взаимоотношениях с более высокими растениями, которые выделяют C для фиксаторов азота в обмен на N.
Фиксаторами свободного азота являются гетеро- или автотрофные бактерии или археи, обитающие в воде, почве, скалах и листовой подстилке. Глобальный вклад азота суши от биологической фиксации азота оценивается в 60 Тг y-1 , и сравнения биоуровней показывают, что тропические дождевые леса могут зафиксировать больше азота, чем любая другая неуправляемая экосистема.
До недавнего времени большая часть фиксации азота в тропических зонах относилась к симбиотическим организмам из-за большого количества бобовых деревьев, обычно связанных с фиксаторами азота в симбиотических зонах. Относительная важность фиксации симбиотического азота, однако, была поставлена под сомнение, поскольку она носит факультативный характер и может упасть почти до нуля в зрелых тропических лесах.
Разные леса
Тропические низменные леса, расположенные на сильно выветриваемых старых почвах, обычно считаются богатыми азотом, поскольку они могут накапливать, перерабатывать и экспортировать большое количество азота. Этот открытый цикл азота также подтверждается обогащенными значениями 15N для почв и тканей растений из-за высоких газообразных потерь и выщелачивания из истощенных 15N источников.
В то же время, эти тропические леса низменности обычно характеризуются как P ограниченные из-за биогеохимической теории, предсказывающей, что ограничение P должно преобладать в старых, сильно выветривающихся почвах. Существует также множество косвенных доказательств, включая высокую доступность азота, высокое соотношение азота и фосфора в листьях и корреляцию между свойствами леса и плодородием почвы в континентальном масштабе.
Однако на местном уровне наличие питательных веществ в тропических ландшафтах может варьироваться в зависимости от рельефа, однако масштабы и направление этих колебаний варьируются и зависят, например, от крутизны местности и осадков, что приводит к различиям в темпах физической денудации и переноса растворителей. Различия в типе почвы и состоянии окисления вдоль топографических градиентов также могут повлиять на доступность питательных веществ.
Фиксация свободного живого азота в почве
В обоих местах влажность играла важную роль в регулировании ОЯТ. Вода необходима для всех микробов, но для диазотрофов, в частности, вода играет важную роль в регулировании активности. Их метаболизм не только требует достаточного количества воды, но и замедляет активность азотазы в присутствии O2.
Кислород связывается с азотом и подавляет его функцию, а поскольку повышенная влажность почвы снижает концентрации O2 в почве, содержание влаги в ней может оказывать значительное влияние на скорость образования FLNF в почве. Поскольку диазотрофы в основном являются гетеротрофными, то свою роль будет играть и толщина пленки почвенной воды, которая важна для скорости диффузии внеклеточных ферментов и растворимых органических субстратов С и напрямую зависит от содержания влаги в почве.
Влияние
В Паракоу учёные не наблюдали сезонного влияния на скорость образования НАО в почве, и хотя обычно сообщалось, что она выше в влажный сезон, чем в сухой сезон, Мэтсон и др. показали, что может произойти и обратное. Они предположили, что колебания влажности, вероятно, не являются непосредственной причиной наблюдаемых ими сезонных изменений в содержании ОЯТ, так же как и в нашем исследовании, они могли не способствовать неизменности содержания ОЯТ. Их аргументация была основана на том, что цианобактерии могут фиксировать азот при влажности до 6% и в одном исследовании достигли максимальной скорости фиксации азота при влажности почвы от 22 до 42%, хотя не уточнялось, в песчаной или глинистой почве.
В Нурагу топографические характеристики С и Р отличались от Паракоу, причем общие концентрации Р были значительно выше, чем в верхнем ландшафтном положении, а не на склонах, и гораздо меньше различий в имеющихся концентрациях Р в различных топографических позициях. Из-за такой большой разницы в топографических эффектах между Нурагуесом и Параку мы не можем сделать общие выводы об изменениях в уровнях содержания НАО в почве в тропических лесах Французской Гвианы в масштабе ландшафта.
Наконец, как в почве, так и в листовой подстилке, наши модели не смогли объяснить более 67% наблюдаемого изменения, и в большинстве случаев только около 40%.
Заключение
В более широком контексте глобальных изменений, где ожидается увеличение выпадений азота, выпадение фосфора в тропические леса может измениться, а возможность более сухого бассейна Амазонки может привести к разрушительным изменениям в уровнях выпадений фосфора в почве и подстилке. Исследования в области добавления питательных веществ могут дать представление о реакции НАО на изменения в предложении азота или фосфора, однако проверка влияния климатических изменений in situ требует проведения весьма специфических исследований.
