«Американец» оказался не так токсичен для земли, как считали прежде
Клен ясенелистный (Acer negundo) – родина Северная Америка. Это инвазивное растение применяется для озеленения городов Евразии. Вот краткая характеристика на одном из сайтов по продаже саженцев «В городском озеленении клен эффектно смотрится в групповой композиции. Благодаря высокой устойчивости к газам и пыли, клен применяется для облагораживания промышленно-загрязненных участков. Он пригоден для быстрого облесения свалок, пустырей и прочих проблемных экотопов.» (фото и характеристика с сайта gorzel.ru/catalog/listvennye_derevya/ klen/367 )
Ранее было показано, что вытяжки из листьев американского инвазивного клена ясенелистного угнетающе воздействуют на рост и развитие аборигенных растений. Проведены эксперименты по проверке гипотезы непрямого влияния этого инвазивного вида на свойства почвы. Растения двух аборигенных видов выращивали на почве городских местообитаний, взятой в одновидовых зарослях клена, на участках без инвазивного дерева и на загородном лугу. Всхожесть семян, выживаемость и биомасса особей исследуемых видов трав не различались в зависимости от происхождения почвы. В почвах из-под клена у местных растений хуже развивалась микориза, но обнаружено больше корневых волосков.
Экологические особенности чужеродных для местных аборигенных обитателей видов, а также их взаимодействия друг с другом исключительно актуальная тема исследований. Зачастую мы сталкиваемся с ситуацией, когда пришлый вид весьма успешно закрепляется на новой территории и стремительно начинает распространяться. Как правило, это не проходит без (негативных) последствий для местных обитателей. К сожалению, до сих пор не существует единой концепции, объясняющей успех инвазивных видов, а также прогнозирующей последствия внедрения для аборигенных биоценозов, хотя примеров «успешных» инвазий, к сожалению, на данный момент сотни, как в животном мире, так и среди растений. Большое количество исследований различных аспектов внедрения «чужеродных» растений дало возможность сформулировать разнообразные гипотезы о причинах успеха инвазии. В данном исследовании ученые задались целью протестировать гипотезу «обратной связи с почвой» (plant–soil feedback). Согласно ей инвазивное растение изменяет некоторые свойства почвы, на которой произрастает, и эти изменения влияют на местные растения. Интересно, что влияние пришлого растения на почву может быть как негативным, так и, напротив, позитивным. Каждый из этих эффектов, конечно, имеет свое гипотетическое объяснение, но, как часто бывает в экологии, в таких гипотезах мало прогностической ценности. Тем не менее этот путь – экспериментального исследования – необходимо пройти для понимания процессов успешного внедрения чужака в биоценоз. К «plant–soil feedback» относят два класса эффектов. Первый – трансформации сообществ симбиотических, патогенных и сапротрофных организмов под влиянием растений. Второй – прямые и косвенные эффекты воздействия на растения, посредством выделения в среду химических веществ.
Представленные эксперименты проводились по методу «черного ящика», т.е. фиксируются параметры на входе в систему и регистрируются на выходе. Вся совокупность процессов в системе скрыта от наблюдателя, но зато система функционирует в полном объеме. В данном случае ученые пытались выяснить влияет ли каким-то образом инвазивное растение на произрастающие местные растения исключительно через почву. Объектом выбран инвазивный Acer negundo, клен американский (ясенелистный), важный чужеродный для Евразии древесный вид (заглавная иллюстрация). Эксперименты были поставлены таким образом, чтобы ответить на вопрос: будет ли почва из моновидовых зарослей инвазивного дерева (негативно) влиять на развитие аборигенных трав? В качестве моделей аборигенных растений были взяты клевер ползучий (Trifolium repens) и овсяница красная (Festuca rubra). Почву для проращивания модельных видов отбирали в черте города Екатеринбурга из-под зарослей инвазивного дерева и на участках без клена (условный контроль). Для еще одного контрольного варианта была взята почва с загородного луга. В эксперименте были определены некоторые параметры взятых проб почв: кислотность, содержание поглощенных оснований (Са 2+ , Mg 2+ ), подвижные соединения калия и фосфора, и др.
Влияние на растение оценивали по всхожести семян модельных растений на 6-е и 10-е сутки, по доле подземных органов от массы особи, урожаю, сумме масс надземных органов, а также сравнивали характеристики развития арбускулярной микоризы (АМ) и корневых волосков. Для оценки непрямого воздействия зарослей инвазивного клена определяли некоторые параметры местообитаний, из которых были взяты почвы для эксперимента (число видов травянистых растений, наличие антропогенного мусора, степень проективного покрытия в разных ярусах).
Различия между опытными вариантами по всхожести и количеству модельных растений обнаружены не были ни для клевера, ни для овсяницы. Точно так же у выращенных на разных почвах клевера и овсяницы статистически не различались масса разных фракций растений, масса целых особей и урожай, за исключением удельной массы корней. Доля корней в общей массе особи овсяницы была наибольшей на почве из загородного луга, а наименьшей на городских почвах без клена.
Оказалось, что АМ более чем в 2 раза активнее формировалась у клевера по сравнению с овсяницей. У обоих видов структуры АМ – арбускулы и гифы – реже всего встречались на почве из зарослей инвазивного клена, несколько чаще – на почве из других городских местообитаний без клена. Активнее всего АМ формировалась на почве загородного луга. Напротив, корневые волоски в 2–3 раза чаще встречались у овсяницы, по сравнению с клевером, и в среднем немного чаще у растений, росших на почве из зарослей клена, по сравнению с другими вариантами. Измерения показали, что у тест-растений с большим количеством корневых волосков в среднем была также большая масса особей тест-растений. А вот развитие микоризы связано не с массой растения как таковой, а с перераспределением между надземной и подземной частями растений: развитие микоризы сочеталось с увеличением доли массы корней.
Оценка местообитаний в данном исследовании показала, что в зарослях клена число видов травянистых растений значительно меньше такового в аналогичных местообитаниях без инвазивных деревьев (8-10 видов аборигенных травянистых растений и 10-15 видов, соответственно). Казалось бы, негативное влияние деревьев на местную флору очевидно, тем более, что ранее другие исследователи показали негативный эффект на рост растений при воздействии вытяжек из разных листьев клена на почву. Однако эксперименты в обсуждаемом исследовании по непрямому влиянию через почву не выявили явного негативного влияния: ни выживаемость и другие витальные показатели, измеряемые в экспериментах, не отличались у модельных растений, выращенных на разных почвах (из-под инвазивного растения и без него). Следовательно, данные не подтверждают, что в почвах под деревьями накапливаются вещества, ингибирующие ранние этапы развития растений. Планирование экспериментов по методу «черного ящика» показывает наличие или отсутствие эффектов, но не способствует выявлению механизмов происходящего. Эксперименты показали, что на почве из зарослей клена у модельных видов доля корней по отношению к общей массе растения снижается, как и представленность АМ, но способствует увеличению количества волосков. Это в некотором роде компенсационные процессы. Анализ почвы из зарослей клена выявил, что в них несколько увеличенное содержание фосфора и калия, что по идее должно было бы уменьшить развитие корневых волосков, но, видимо, компенсационное уменьшение доли корней на фоне увеличения количества корневых волосков и достаточного количества калия и фосфора более выгодно растениям. Что касается снижения развития АМ у модельных растений в зарослях клена, то вопрос и вовсе остается открытым.
Поскольку исследованный методом «черного ящика» негативный эффект воздействия на аборигенные растения через почву не выявился, то авторы предлагают искать причины успеха этого американского гостя в других аспектах его биологии.
Источник