Биологические инвазии почвенных организмов: угрозы биоразнообразию и роль климата

Биологические инвазии представляют собой процесс, при котором интродуцированные чужеродные виды формируют чрезмерные популяции, вызывающие серьезные экологические и экономические проблемы в новых регионах. В Европе каталогизировано порядка 11 000 таких видов, например, через специализированные ресурсы типа портала DAISIE (European Invasive Alien Species Gateway). Яркими примерами являются черная крыса (Rattus rattus) и гигантский борщевик (Heracleum mantegazzianum) (рис. 5.13) – кавказское растение, вызывающее сильные ожоги кожи. Однако документально подтвержденных случаев инвазии именно почвенных организмов значительно меньше, что свидетельствует о серьезном пробеле в знаниях о подземных экосистемах и их уязвимости.

Рис. 5.13: Гигантский борщевик (Heracleum mantegazzianum).

К известной инвазивной почвенной биоте относится новозеландский плоский червь (Arthurdendyus triangulatus) (рис. 5.15), который приводит к резкому сокращению разнообразия дождевых червей, например, в Великобритании. Угрозу несут и различные инвазивные почвенные патогены. Ученые полагают, что реальное количество инвазивных почвенных видов сильно занижено из-за методических трудностей отбора и идентификации большинства почвенных организмов. Этот скрытый, или «невидимый», потенциал инвазии создает значительные риски для стабильности и функционирования наземных экосистем, основанных на почвенных процессах.

Рис. 5.15: Новозеландский плоский червь (Arthurdendyus triangulatus).

Проблемы, порождаемые инвазивными видами, проявляются в виде экологических и экономических издержек. Экономический ущерб возникает, когда виды нарушают коммерческую деятельность, требуя дорогостоящих мер контроля. Классическими примерами служат водяные гиацинты, блокирующие судоходные пути, тигровая осока (Carex elongata), поражающая сельскохозяйственные культуры, и эвкалипты в Южной Европе, повышающие пожароопасность из-за накопления легковоспламеняющейся листвы. Экологические издержки проявляются в вытеснении аборигенных видов, например, замещении рыжих белок в Великобритании инвазивными серыми белками из Северной Америки.

Экзотические растения могут подавлять местные симбиотические почвенные грибы, такие как микоризные грибы, что критически нарушает процессы возобновления леса. Инвазии также трансформируют функционирование экосистем: быстрорастущие растения с легко разлагающимся опадом ускоряют круговорот питательных веществ. Это, в свою очередь, изменяет состав растительных сообществ и ассоциированное с ними подземное биоразнообразие почвенной фауны и микроорганизмов. Таким образом, последствия инвазий носят комплексный, каскадный характер.

Основным драйвером биологических инвазий является деятельность человека, преодолевающая естественные географические барьеры. Историческая колонизация привела к множественным намеренным и случайным интродукциям, подобно Черной вишне (Prunus serotina) (рис. 5.18), завезенной в Европу для мелиорации почв, но ставшей агрессивным захватчиком. Современные глобальные транспорт, туризм и торговля активно распространяют виды, например, западного кукурузного жука (Diabrotica virgifera) через аэропорты или азиатского тигрового комара (Aedes albopictus) с почвой в горшках для растений.

Рис. 5.18: Черная вишня (Prunus serotina).

Следует отметить, что сам факт интродукции редко приводит к инвазии; лишь небольшая доля завезенных видов становится инвазивной. Успех инвазии определяется сочетанием биотических и абиотических факторов, включая отсутствие естественных врагов и паразитов в новом регионе, а также соответствие почвенных и климатических условий. Именно этот строгий фильтр ограничивает, но не исключает угрозу укоренения видов, подобных амброзии обыкновенной (Senecio inaequidens). Изменение климата вносит существенные коррективы в динамику инвазионных процессов.

Повышение температур расширяет области, пригодные для теплолюбивых видов, таких как амброзия узколистная (Senecio inaequidens) из Южной Африки (рис. 5.17), которая активно распространяется на север и восток Европы. Кроме того, климатически обусловленное расширение естественного ареала может имитировать инвазию, как в случае с австрийским желтым кресс-салатом (Rorippa austriaca) (рис. 5.14), который движется на север быстрее своих естественных врагов, получая конкурентное преимущество. Такие виды-«расширители» ареала могут также менять растения-хозяева или освобождаться от почвенных патогенов.

Рис. 5.17: Амброзия узколистная (Senecio inaequidens).

Рис. 5.14: Австрийский желтый кресс-салат (Rorippa austriaca).

Теоретические модели изучения экзотических инвазий все чаще применяются для понимания изменений, вызванных климатом. Ключевой нерешенный вопрос заключается в том, будут ли такие расширяющие ареал виды вести себя как типичные инвазивные чужеродные виды или интегрируются в экосистемы подобно аборигенным. Разрешение этой научной дилеммы имеет первостепенное значение, поскольку почва и ее биоразнообразие играют критическую, но еще недостаточно изученную роль в ответе экосистем на глобальные изменения. Понимание взаимосвязей между биологическими инвазиями, почвенными процессами и климатическими факторами является основой для разработки эффективных природоохранных стратегий.

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.