为什么我们关心生物多样性对养分循环的影响?

地球上的所有生物需要一定的营养元素。在自然生态系统中,这些营养物质,最重要的是氮和磷,是由植物从土壤中。植物被动物或人可能会被吃掉。土壤的养分返回通过动物粪便和植物和动物死后,然后可以再次拿起了新的植物。因为一切都重复,我们称之为营养循环。

在不同的生态系统和不同环境条件下,营养物质的循环可以快或慢,和营养可以使用和回收系统或多或少的不同部分完整的方式,这可能会导致失衡。例如,有时比需要有更多的营养,因为农民太多肥料添加到土壤,或因为冬天是温暖的一天当土壤中微生物回收和释放营养物质从死去的材料不需要的植物在不活跃的阶段。如果有多余的土壤中的养分,这些营养物质可能被淘汰到地下水或进入湖泊和溪流。从那里,他们运送到更大的河流最后大海。如果这些水体受太大一个数量的营养物质,可以有快速增长的海藻,损害淡水生态系统。在这种情况下,太多的好事绝对可以成为一个大问题。这就是为什么研究生态系统的养分循环在不同条件下的不仅仅是一个好方法学习生态系统是如何工作的,但与实际问题也帮助我们,比如如何保护我们的清洁水供应。

我们知道生物多样性物种的丰富性,扮演一个角色在许多生态系统的功能,我们还知道,在全球范围内生物多样性减少。例如,某些种类的蜜蜂和罕见的花朵会灭绝,因此许多生态系统现在不如他们以前是多样化的。这是我们感兴趣的原因之一营养周期如何回应生物多样性的变化。

生物多样性对土壤中氮有什么影响呢?

生物多样性之间的联系和氮(以硝酸盐的形式,一种形式的氮被植物)土壤中已经相当完善的实验研究生物多样性对生态系统的影响(1]。在这些实验中,植物多样性研究通过创建小型生态系统模型(通常是草原,这是最容易做的)与一个已知的物种数量增长在同一环境条件下,例如在同一领域。这是通过播种一个特定的混合种子的广场,叫做实验阴谋。这些小块定期检查植物没有播种,删除。含有高或低多样性的实验结果可以比较彼此很好,由于地块之间唯一的区别应该是物种的数量越来越多。

在草原上这些实验中,我们发现植物物种的数量越高,土壤中氮的浓度越低,这是很容易解释。如果植物吸收更多的氮,这意味着少即是“剩下”的土壤。在生态系统相当丰富的营养,这也意味着更少的氮淋洗到地下水,保护地下水质量和淡水生态系统。

要理解这些结果,我们必须考虑的另一个重要的植物生物多样性对生态系统未孕的影响,这是植物生长的增加。当有高等植物多样性,通常有更多的工厂生物质例如,更多关于草地的干草,产生。需要更多的氮来构建这个更大数量的生物量。当然,看着它的另一种方法是,这大生物量只能建造如果植物可以访问更多的氮(和所有其他必要的营养素)。这就是所谓的互补。

不同物种共同获得营养

互补描述机制,一个生态系统的不同部分(如不同物种)使用不同的必要的(有限的)资源从不同的位置或在不同的时间。使用这种资源的一个物种其他物种的“补充”。通过这种方式,植物群落更完全使用可用的资源。在我们的示例中,使用的资源是土壤氮。你可能知道植物从土壤中吸收养分的根源。但并不是所有的根都是相同的。有些植物有很强的,根土壤深处可以访问,但不分支的路上。其他人的根,只有达到浅的部分土壤。如果你甚至把这两个类型,您可以看到一个植物需要水分和养分的浅层土壤,和其他需要相同的更深层次的土壤资源(图1)。根系互补的两种类型,这意味着营养会未使用系统中只包含一个或其他的这些植物现在被用来产生更多的植物,这对微生物和动物作为食物。这两种植物在太空中使用不同的细分市场,我们称之为空间领域。同样,并非所有植物同时开发和生长。如果一个物种发展早在春天,另一只在夏天开始增长,那么这两个物种就不会占用他们大部分的营养物质在同一时间。他们使用两颞利基市场或细分市场,和他们也获得营养和其他资源更完全在一起比一个人。不仅如此,当两个使用不同的时空领域许多植物生长在一起,氮在土壤中使用更完全,因此,少即是遗留在土壤中的测量。

植物生物多样性和土壤磷

是逻辑假设我们刚才描述生物多样性的影响土壤氮土壤磷是相同的。两者都是必不可少的营养元素,可以限制生物质生产。然而,也许令人惊讶的是,这不是我们发现在生物多样性的实验中,我们控制单一生态系统物种丰富度的研究对这些生态系统生物多样性的影响。现成的磷酸盐浓度,磷的化学形式被植物,如此之低的土壤系统研究,不能有任何“剩菜”有时是氮的情况。那么,植物多样性有任何影响磷循环吗?

简短的回答是肯定的,也许。我们知道有更多的磷的植物更多样化的系统,这造成的影响相似,氮是来自更大更大数量的生物量磷吸收的植物(2]。问题是如何更多样的生态系统可以多磷酸盐,即使我们不能看到结果的土壤。

访问磷在土壤、植物和微生物酶(促进某些化学反应的物质)分离更复杂的化学分子磷酸中存在的土壤腐殖质、有机堆肥土壤的一部分你可能知道。我们可以测量的速度和磷酸酶的函数,这种酶负责磷酸可以通过这种方式,我们可以估算磷酸盐被释放从土壤中植物或微生物使用。在植物生态系统生物多样性较高,我们发现更多的活动在土壤磷酸酶(图1)[3]。这表明,虽然我们不能看到高吸收的磷与高等植物土壤生物多样性对氮,以同样的方式我们可以我们可以看到,有更多有效的访问通过高磷在土壤磷酸酶活性。这是一种植物生物多样性可以影响磷循环的生态系统。

生物多样性对生态系统功能的重要性

所以,这一切意味着什么呢?一般的假设是,持续的全球变化,更多的物种将从生态系统和生物多样性损失将继续下降。生物多样性的减少,很可能是两种氮、磷循环效率将会下降,也就是说,能够保持生态系统会减少和回收氮、磷比现在。这是一个巨大的生态系统的变化,可能导致减少的一个因素生态系统生产力。生物多样性下降也可能导致营养流失的系统,如硝酸盐被淋洗到地下水。过量硝酸盐污染物如果它进入我们的饮用水也可以有负面影响在水生生态系统是运输,例如通过藻类的过度增长。在另一端,然后无法获得这些营养植物、微生物或动物原始的生态系统,让系统可能在营养和贫穷不能够维持生物的生活。

术语表

生物多样性:↑简单地说,生态系统的绝对物种数量。

生物质:↑大规模的总量在生态系统的组件,如植物或动物。例如,植物,我们谈论在这篇文章中,可以被定义为所有的生活物质包含在植物根、芽、叶、花、果实。在温带气候,生物质能不是常数而是通常增加从春天到夏末和减少在秋天。

酶:↑小分子,加速(生物)化学反应或以外的细胞。

生态系统生产力:↑大量的有机物质,如植物生物量,产生的生态系统在给定的时间。一个很好的例子,这将是多少小麦或干草收获的过程中从一个字段1年。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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引用

[1]↑Oelmann Y。曼(N。Gleixner, G。Habekost, M。罗斯奇,C。、Rosenkranz年代。,等。2011。植物多样性的影响在温带草原生态系统地上和地下的N池:建立后的第一个五年的发展。水珠。Biogeochem。周期25。gb003869 doi: 10.1029/2010

[2]↑Oelmann Y。级,a K。罗斯奇,C。、Rosenkranz年代。、Temperton v . M。,weis W W。,等。2011。在实验草地植物多样性影响磷循环吗?Geoderma167:178 - 87。doi: 10.1016 / j.geoderma.2011.09.012

[3]↑黑客,N。Ebeling,。阿尔托,。Gleixner, G。锏,o . G。克朗,H。,等。2015。植物多样性形状microbe-rhizosphere对P动员从土壤中有机质的影响。生态。列托人。18:1356 - 65。doi: 10.1111 / ele.12530