Пастбищные экосистемы: биоразнообразие, почвы и управление

Историческое развитие и значение лугов. Луговые экосистемы представляют собой один из самых распространенных и успешных типов растительности на планете, покрывающий около 25% земной поверхности (рис. 3.13). Ключевой физиологической чертой большинства злаковых видов является их непереносимость затенения, что исторически обусловило конкуренцию с лесами, подавляющими рост трав под сомкнутым пологом. Ископаемые остатки свидетельствуют, что луга впервые появились в конце мелового периода, около 100 миллионов лет назад, вероятно, в высокогорьях выше границы леса. Изначально их распространение было ограничено из-за доминирования обширных лесных массивов. Эти экосистемы сыграли фундаментальную роль в истории человечества, служа пастбищами более 7000 лет и став основой для одомашнивания коммерческих злаков, таких как пшеница и ячмень.

Классификация и типы пастбищных экосистем. Глобально луга классифицируют на две крупные категории: тропические/субтропические и умеренного пояса. К тропическим лугам относятся саванны Африки, для которых характерны редкие деревья и кустарники, а также сообщества с доминированием древесных растений, как на равнине Нулларбор в Австралии. Луга умеренного пояса включают обширные прерии Северной Америки и степи Евразии, которые могут быть дополнительно подразделены по доминирующей флоре. Дополнительными типами являются высокогорные альпийские луга и классификация на естественные и вторичные (антропогенные) луга (рис. 3.15).

Рис. 3.15: Два полуестественных луга. На фотографии слева показаны пастбища, используемые для выпаса скота в районе Пик Дистрикт на севере Англии. На фотографии справа изображены альпийские луга в Северной Италии, расположенные на высоте более 2000 метров над уровнем моря

Почвенный профиль и подземное биоразнообразие. Почвенный профиль естественных лугопастбищных угодий, как правило, глубокий и богатый питательными веществами, что является прямым следствием ежегодного отмирания значительной части растительной биомассы и ее трансформации в органическое вещество почвы. Эти глубокие плодородные черноземы стали одной из причин исчезновения нетронутых экосистем — большинство из них было преобразовано для нужд сельского хозяйства или интенсивного выпаса. Подземная жизнь в луговых биомах необычайно обильна и разнообразна, часто превосходя наземную по биомассе и видовому богатству. Исследование на пастбищах Северной Италии выявило до 35 000 клещей (Acarina) и 30 000 ногохвосток (Collembola) на квадратный метр, что в 10-20 раз превышает показатели в прилегающих лесах.

Структура и биомасса почвенной биоты. Отличительной чертой лугопастбищных биомов является их простая структура в сочетании с исключительно высоким видовым богатством, особенно в подземной части. Подсчитано, что на одном гектаре пастбищ умеренного пояса может содержаться около 100 тонн живой биомассы, включая бактерии, грибы, дождевых червей, микроартропод и личинок насекомых. Эта огромная биомасса почвенной фауны эквивалентна содержанию 2000 овец на гектар, что значительно превышает обычные поверхностные нормы. Разнообразие столь же впечатляет: десятки тысяч видов бактерий, тысячи видов грибов и сотни видов насекомых и червей могут обитать всего на одном квадратном метре почвы.

Функциональная роль почвенных организмов. Почвенная биота имеет решающее значение для здоровья и функционирования лугопастбищных экосистем. Контролируемые эксперименты демонстрируют, что отсутствие ключевых деструкторов, таких как ногохвостки и дождевые черви, приводит к значительному снижению общей биомассы растений и развития их корневой системы. Наиболее выраженные негативные последствия наблюдаются при одновременном отсутствии обеих функциональных групп. И наоборот, их совместное присутствие вызывает синергетический эффект, увеличивая биомассу корней, что подчеркивает важность взаимодействия между почвенными организмами для продуктивности растений.

Методы управления и симбиотические отношения. Управление большинством современных лугопастбищных угодий осуществляется с помощью выпаса скота, скашивания или подсева определенных видов для создания улучшенных пастбищ (рис. 3.16). Распространенным примером является Овсяница тростниковая (Lolium arundinaceum), многолетний злак, широко используемый в качестве кормовой культуры. Этот вид часто образует симбиоз с грибом-эндофитом Neotyphodium coenophialum. Некоторые штаммы этого гриба продуцируют алкалоиды, токсичные для травоядных животных, в то время как другие штаммы безвредны. Исследования показывают, что инокуляция травы различными микоризными грибами может модулировать ее рост и снижать агрессивность.

Рис. 3.16: Орошаемые пастбища в северной Италии

Влияние улучшения пастбищ на почвенную биоту. Преобразование естественных пастбищ в улучшенные, часто с использованием высокопродуктивных трав и клевера (рис. 3.18), оказывает глубокое воздействие на почвенную биоту. Степень воздействия зависит от интенсивности управления и сходства между исходной и новой экосистемами. Как правило, улучшенные пастбища могут увеличить биомассу дождевых червей и их видовое богатство по сравнению с естественными угодьями. Однако, как показали австралийские исследования, они часто благоприятствуют интродуцированным видам ногохвосток в ущерб аборигенным видам. Такое управление также может способствовать инвазии патогенных грибов.

Рис. 3.18: Участок улучшенного пастбища в Баллинтиуме, Пертшир, Великобритания (на переднем плане), контрастирующий с необработанным пастбищем на заднем плане

Баланс между продуктивностью и биоразнообразием. Таким образом, хотя создание улучшенных пастбищ повышает продуктивность животноводства и некоторые экосистемные услуги, для минимизации негативных экологических последствий и защиты биоразнообразия аборигенных почв требуется тщательное и взвешенное управление. Необходим баланс между сельскохозяйственной продуктивностью и сохранением уникального почвенного сообщества, которое является основой долгосрочной устойчивости этих жизненно важных экосистем. Современные подходы к управлению должны интегрировать экологические принципы для поддержания здоровья почв и их обитателей.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.