Эти пятна действуют как горячие точки микробной активности, которые удаляют азот из грунтовых вод и возвращают его в атмосферу, сообщают исследователи из нескольких институтов, включая Технологический институт штата Вирджиния, в ведущем научном журнале.
Открытие дает представление о здоровье леса.
Азот является важным питательным веществом для роста и продуктивности растений, но в ручьях он может быть загрязняющим веществом.
«Важность этих фрагментированных участков насыщенной почвы и их роль в судьбе азота в лесных водоразделах недооценивалась до недавнего времени», — сказал Кевин Макгуайр, заместитель директора Исследовательского центра водных ресурсов Вирджинии, базирующегося в Технологическом колледже природных ресурсов Вирджинии. and Environment, соавтор статьи, которая будет опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Мы смогли определить важность денитрификации на участках неглубоких подземных вод, которые в значительной степени игнорировались контрольными точками потери азота из водоразделов умеренных лесов», — сказал МакГуайр.
Больше всего азота выпадает из-за дождя. Леса умеренного пояса получают гораздо больше азота из атмосферы, чем экспортируют в ручьи.
Как только азот покидает лес ручьями, он может стать загрязнителем воды.
«В некоторых экосистемах наблюдалось долгосрочное снижение экспорта азота в речную воду, когда поступление азота оставалось повышенным», — сказала соавтор Кристин Гудейл, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Корнельского университета.
«Понимание судьбы этого азота было проблемой, потому что денитрификацию — газообразную потерю азота в атмосферу — общеизвестно трудно измерить», — сказал соавтор Питер Гроффман, эксперт по денитрификации в Институте экосистемных исследований Кэри.
Денитрификация удаляет азот из воды и, следовательно, может улучшить качество воды в озерах и эстуариях ниже по течению.
Однако азот также является важным питательным веществом для роста растений в лесу, поэтому его удаление в результате естественных процессов может снизить продуктивность леса.
Исследование, проведенное Сарой Векслер, когда она была научным сотрудником кафедры гидрологии и геохимии стабильных изотопов в Корнельском университете, проводилось в экспериментальном лесу Хаббард-Брук в Белых горах Нью-Гэмпшира, где в атмосфере ежегодно выделяется от пяти до семи фунтов азота. на акр.
Экспериментальный лес Хаббард-Брук является частью сети долгосрочных экологических исследований Национального научного фонда.
Макгуайр, также доцент кафедры гидрологии Департамента лесных ресурсов и охраны окружающей среды, возглавил еще один проект, финансируемый Национальным научным фондом, на этом участке, который разработал организационную структуру для описания и картирования вариаций почвы в водоразделе, объясняющих наличие неглубоких подземных вод. и частота.
Скважины грунтовых вод из этого более раннего исследования использовались в новом исследовании для мониторинга почв, которые, возможно, имели подходящие условия для функционирования в качестве горячих точек для денитрификации.
На участках по всему лесу группа исследователей измерила присутствие нитрата, формы азота, которая является очень подвижной и реактивной в окружающей среде, определила, является ли нитрат результатом атмосферного осаждения или микробной конверсии, и обнаружила потерю азота в окружающей среде. атмосфера.
«Мы смогли дифференцировать источники нитратов и показать, что часть нитратов была потеряна в атмосфере, глядя на нитрат на атомарном уровне, то есть на изотопный состав азота и кислорода в нитрате», — сказал Векслер, который сейчас работает в Школе наук об окружающей среде Университета Восточной Англии в Соединенном Королевстве. «Изотопный состав нитрата обеспечивает естественный способ напрямую отслеживать детали круговорота азота."
МакГури сказал: «Еще предстоит проделать некоторую работу, но цель состоит в том, чтобы иметь возможность лучше понять, где и как азот обрабатывается в окружающей среде, и быть в состоянии предсказать, как изменения климата, например, теплее и влажнее. условия, влияют на круговорот азота и качество воды в лесных экосистемах."