Роль биоразнообразия почв в функционировании экосистем и здоровье почв

Фундаментальная роль почвенных организмов в глобальных процессах. Почвенные организмы выполняют ключевые функции в формировании и поддержании здоровья почв, управляя критически важными процессами для обеспечения экосистемных товаров и услуг. Деятельность этих биологических агентов имеет глобальное значение, непосредственно влияя на климат планеты через регуляцию циклов углерода — его улавливание или высвобождение. Совокупность этих процессов, часто являющихся результатом сложных взаимодействий между различными видами, определяется в экологии как экосистемные функции. Таким образом, поразительное разнообразие подземной жизни служит биологическим двигателем планеты, от эффективной работы которого зависит будущее человеческой цивилизации и устойчивость природных систем.

Рис. 4.1, представляющий схематическое описание функций почвы из книги Хейгарта и Ритца "Политика землепользования" (2009), наглядно иллюстрирует многогранную роль почвенной биоты в поддержании жизненно важных процессов. Эта схема служит важным визуальным дополнением, систематизирующим понимание экосистемных услуг.

Взаимосвязь биоразнообразия и функционирования почв. Связь между биоразнообразием и функционированием экосистем остается сложной и недостаточно изученной областью, особенно в отношении почвенных сообществ. Для объяснения этой взаимосвязи ученые выделяют три основных механизма: репертуар, взаимодействия и избыточность. Во-первых, репертуар биологических возможностей диктует, что для осуществления любого процесса необходимы организмы, обладающие соответствующими способностями; разнообразная система обладает более широким функциональным потенциалом. Во-вторых, взаимодействие организмов формирует сложные трофические сети, где большее видовое богатство увеличивает количество связей, усиливая адаптивность и устойчивость системы к внешним воздействиям.

В-третьих, ключевым механизмом является функциональная избыточность, которая в экологическом контексте представляет собой положительное свойство. Этот принцип, проиллюстрированный на Рис. 4.2 и Рис. 4.3, подразумевает наличие нескольких видов, способных выполнять одну и ту же функцию в экосистеме. Чем выше степень избыточности для конкретного процесса, тем больше вероятность его сохранения при исчезновении отдельных видов, поскольку оставшиеся организмы компенсируют функциональную потерю. Теоретические и экспериментальные данные подтверждают, что почвы с высоким биологическим разнообразием демонстрируют большую устойчивость к нарушениям и более высокую способность к восстановлению.

Рис. 4.2 схематически изображает саму концепцию функциональной избыточности, показывая, как разные виды могут дублировать функции друг друга. Рис. 4.3 развивает эту идею, демонстрируя различные уровни избыточности для разных экосистемных функций, что помогает визуализировать "запас прочности" экосистемы.

Функциональное разнообразие и структура почвенных сообществ. Хотя видовое богатство является важным показателем, эффективное функционирование почвы в большей степени определяется наличием в сообществе необходимого набора функциональных черт. Это привело научное сообщество к выводу, что функциональное разнообразие служит более точным показателем биотического статуса почвы, чем простое таксономическое разнообразие. Ключевой аргумент заключается в том, что экосистемное функционирование зависит от наличия у сообщества определенных способностей, которые непосредственно связаны с физиологическими и поведенческими особенностями организмов, а не с их таксономической принадлежностью.

Почвенные сообщества обладают сложной трофической структурой, образуя пищевые сети. Эти сети описывают пути передачи энергии и показывают взаимозависимость организмов через пищевые связи. Функциональное значение этой структуры огромно, поскольку именно через нее осуществляется круговорот ключевых питательных веществ, определяющих плодородие почв. На стабильность и эффективность этих пищевых сетей напрямую влияет разнообразие входящих в них организмов, что подтверждается данными, представленными в Таблице 4.1.

Таблица 4.1, взятая из работы Хейгарта и Ритца (2009), содержит систематизированный перечень экосистемных услуг и примеры организмов, которые их предоставляют. Эта таблица служит практическим инструментом для понимания прямой связи между конкретными группами почвенной биоты и выполняемыми ими функциями.

Широкие и узкие процессы: принцип экологического страхования. Экосистемные функции классифицируются на широкие и узкие процессы. Широкие процессы осуществляются множеством видов или функциональных групп, что обеспечивает их высокую устойчивость к изменениям. В противоположность этому, узкие процессы зависят от ограниченного числа специфических видов, что делает их крайне уязвимыми к нарушениям и исчезновению ключевых таксонов. Данное различие легло в основу принципа страхования, который тесно связан с концепцией функциональной избыточности.

Согласно этому принципу, исчезновение одного вида может не оказать заметного влияния на экосистемную функцию, если в сообществе присутствуют другие, функционально сходные виды, способные компенсировать эту потерю. Таким образом, избыточность выступает не как излишество, а как жизненно важная гарантия непрерывности биологических процессов. Эта биологическая страховка обеспечивает долгосрочную стабильность, устойчивость и здоровье почвенной экосистемы в условиях неизбежных внешних стрессов и изменений окружающей среды.

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.